פוטנציאל חשמלי: תכונות ותרגילים

פוטנציאלחשמלי אוֹ מתחחשמלי הוא הכמות של אֵנֶרְגִיָה צריך להעביר א מטען חשמלי יחידה בין שתי נקודות נפרדות של אזור עם א שדה חשמלי. O פוטנציאלחשמלי זה גודל פיזי לְטַפֵּס למדוד פנימה וולט (V), שהוא שווה ערך ל ג'אוללְכָלקולומב (J/C) ביחידות סִי.

קראו גם: אלקטרוסטטיקה - מה זה, נוסחאות פתורות ותרגילים

תכונות פוטנציאל חשמלי

O פוטנציאלחשמלי הוא הכמות של אנרגיה פוטנציאלית חשמלית, בג'אול, ליחידת מטען, ב קולומב. להבין: טענה ששקע מספק 110V של פוטנציאל חשמלי שווה לאמירה שהוא מניב 110 J של אנרגיה עבור כל קולומב של מטען חשמלי העובר דרך המסופים שלו.

הפוטנציאל החשמלי בנקודה שבה המטען מה המדינה האסלאמית בצורה ישירהיַחֲסִי למודול העומס החשמלי מה שמייצר אותו, וביחס הפוך למרחק ד:

ככל שאנו מתרחקים מהמטען q, הפוטנציאל החשמלי יורד.

כפי שניתן לראות באיור, הכל כתמיםבמרחק שווה (קווים אדומים) לעומס היוצר (Q) נמצאים ב אותופוטנציאלחשמלי ולכן הם נקראים שוויון פוטנציאלים. ה נוּסחָה המשמש לחישוב הפוטנציאל החשמלי הוא זה:

U - פוטנציאל חשמלי (V)

ש - מטען חשמלי (C)

ק₀ - קבוע ואקום אלקטרוסטטי (9.0.10⁹ N.m²/C²)

ד - מרחק (מ')

הפוטנציאל החשמלי יכול להודות

אותות אַלגֶבּרִי, חִיוּבִי ו שלילי,קָשׁוּרבצורה ישירה כמו סימן טעינה שמייצר את הפוטנציאל ועם המרחק ד עד לחיוב זה. זאת אומרת שבקרבת גוף טעון חשמלי, ישנם אינסוף ערכים של פוטנציאל חשמלי, הנקבעים לפי המרחק למטען זה. באופן זה, פוטנציאל חשמלי של מטען יהיה שווה בדיוק ל-0 רק כאשר המרחק בין הנקודה שבה רוצים למדוד פוטנציאל אפס למטען גדול לאין שיעור.

קראו גם: זרם חשמלי: נוסחאות ותרגילים פתורים

יש דרך נוספת להגדיר פוטנציאל חשמלי על ידי קישורו לאנרגיה פוטנציאלית חשמלית, הנה איך:

ו_{כף רגלשם} - אנרגיה פוטנציאלית חשמלית (J)

הגדרה של פוטנציאל חשמלי

קחו בחשבון שא לחייבחשמלידייקןמה נמצא בנקודה מסוימת ה של שדה חשמלי אחיד ו, כפי שמוצג באיור, ולאחר מכן מוזז לנקודה ב.

בואו לחשב את אֵנֶרְגִיָה נדרש כדי שהחיוב יהיה עָקוּרבין לביןאתהכתמיםא' וב', מופרדים על ידי מרחק ד. לשם כך נשתמש בהגדרה של עֲבוֹדָה:

זכור כי ה כוח חשמלי המופק על ידי השדה החשמלי ופועל על המטען q שווה למכפלת המטען q עם השדה החשמלי E:

בהצטרפות לנוסחאות הקודמות, יש לנו ביטוי שונה לעבודה המבוצעת בכוח חשמלי:

לאחר מכן, עלינו לזכור מה הקשר בין השדה החשמלי. ו והפוטנציאל החשמלי U. לכן:

לבסוף, אנו מוצאים ביטוי המשמש לחישוב הפוטנציאל החשמלי במונחים של העבודה שנעשתה כדי להעביר את המטען החשמלי בין נקודות A ו-B, כפי שאנו מראים כעת:

מכיוון שהעבודה שנעשתה כדי להעביר את המטען החשמלי בין נקודות A ו-B שווה ערך ל כמות האנרגיה החשמלית שהעומס "צבר" או "אבד", ניתן להבין את הפוטנציאל החשמלי כ יחס אנרגיה למטען, כפי שהוסבר.

קראו גם: קלורימטריה - ענף מדע החוקר חילופי חום ותופעותיו

פוטנציאל חשמלי הוא גודל פיזיקלי חשוב לחקר האלקטרוסטטיקה

תרגילים על פוטנציאל חשמלי

שאלה 1) בין שתי לוחות מתכת טעונים, במרווחים של 10 ס"מ זה מזה, יש שדה חשמלי של 500 V/m. קבע את הפרש הפוטנציאל החשמלי ביניהם.

א) 10V

ב) 100V

ג) 50V

ד) 500V

ה) 5000 וולט

מָשׁוֹב: האות ג

פתרון הבעיה:

לאחר המרת המרחק בין הלוחות, הפיכתו למטרים (10 ס"מ = 0.1 מ'), נשתמש בנוסחה המקשרת בין השדה החשמלי להפרש הפוטנציאלים, שימו לב:

באמצעות החישוב המוצג, מצאנו שהפרש הפוטנציאל בין הלוחות הוא 50 V, כך שהחלופה הנכונה היא האות c.

שאלה 2) סקור את ההצהרות הקשורות לפוטנציאל חשמלי:

I - הפוטנציאל החשמלי הוא כמות סקלרית.

II - יחידת מדידת הפוטנציאל החשמלי היא האמפר (A).

III - הפוטנציאל החשמלי בנקודה מסוימת במרחב הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק למטען החשמלי.

IV - יחידת מדידת הפוטנציאל החשמלי, לפי ה-SI, היא הוולט (V).

האם נכון:

א) I ו-II

ב) I ו-IV

ג) ב' ו-ג'

ד) I, II ו-III

ה) II, III ו-IV

מָשׁוֹב: אות ב'

פתרון הבעיה:

הצהרות II ו-III שגויות, שכן יחידת המדידה היא הוולט והפוטנציאל החשמלי עומד ביחס הפוך למרחק לעומס. לפיכך, המשפטים I ו-IV נכונים.

שאלה 3) חלקיק טעון חשמלי, בעל מטען של 2 mC (2.0.10^-3 C), עובר עבודה של 5.0 J כאשר הוא מועבר בין שתי נקודות של מעגל חשמלי. קבע את הפרש הפוטנציאל בין הנקודות הללו.

א) 3.0.10⁶ V

ב) 4,5.10² V

ג) 0.5.10³ V

ד) 2.5.10^-3 V

ה) 10.10^-4 V

מָשׁוֹב: אות ד

פתרון הבעיה:

כדי לפתור את התרגיל, פשוט השתמש בנוסחה המקשרת פוטנציאל חשמלי ועבודה, שים לב:

לפי התוצאה שהתקבלה, התשובה הנכונה היא האות ד.

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה

מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencial-eletrico-v.htm