Potencjał elektryczny: właściwości i ćwiczenia

Potencjałelektryczny lub Napięcieelektryczny jest kwota energia trzeba się przenieść ładunek elektryczny jednolity między dwoma różnymi punktami regionu z a pole elektryczne. O potencjałelektryczny to jest wielkość fizyczna wspiąć się mierzyć w wolty (V), co jest równoważne dżulezakulomb (J/C) w jednostkach SI.

Przeczytaj też: Elektrostatyka - co to jest, rozwiązywane wzory i ćwiczenia

Właściwości potencjału elektrycznego

O potencjałelektryczny jest kwota elektryczna energia potencjalna, w dżulach, na jednostkę ładunku, in kulomb. Zrozum: twierdzenie, że punkt sprzedaży zapewnia 110V potencjału elektrycznego jest równoznaczne z stwierdzeniem, że daje 110 J energii na każdy kulomb ładunku elektrycznego przechodzącego przez jego zaciski.

Potencjał elektryczny w punkcie, w którym ładunek Co to jest bezpośrednioproporcjonalny do modułu obciążenia elektrycznego Co która go wytwarza i odwrotnie proporcjonalna do odległości D:

Gdy oddalamy się od ładunku q, potencjał elektryczny maleje.

Jak widać na rysunku, wszystkie

kropkirównoodległy (czerwone linie) do obciążenia generującego (Q) znajdują się w To samopotencjałelektryczny i dlatego nazywa się je ekwipotencjalne. TEN formuła używany do obliczenia potencjału elektrycznego jest następujący:

U – potencjał elektryczny (V)

Q – ładunek elektryczny (C)

k₀ – stała podciśnienia elektrostatycznego (9.0.10⁹ Nm²/C²)

D – odległość (m)

Potencjał elektryczny może się przyznać sygnały algebraiczny, pozytywny oraz negatywny,związane zbezpośrednio lubić znak opłaty która generuje potencjał i z odległością D do tej opłaty. To znaczy, że w pobliżu ciała naładowanego elektrycznie istnieje nieskończenie wiele wartości potencjału elektrycznego, określonych przez odległość do tego ładunku. W ten sposób potencjał elektryczny ładunku będzie dokładnie równy 0 tylko wtedy, gdy odległość między punktem, w którym chcesz zmierzyć potencjał zerowy, a ładunkiem, jest nieskończenie duża.

Przeczytaj też: Prąd elektryczny: wzory i rozwiązane ćwiczenia

Istnieje inny sposób zdefiniowania potencjału elektrycznego poprzez powiązanie go z elektryczną energią potencjalną, oto jak:

ORAZ_Stopatam – elektryczna energia potencjalna (J)

Definicja potencjału elektrycznego

Rozważ, że opłataelektrycznypunktualnyCo jest w punkcie TEN jednolitego pola elektrycznego ORAZ, jak pokazano na rysunku, a następnie przesuwa się do punktu b.

Obliczmy energia wymagane, aby opłata była przesiedlonypomiędzytykropkiA i B, oddzielone odległością D. W tym celu użyjemy definicji Praca:

Pamiętaj, że siła elektryczna wytworzony przez pole elektryczne i działający na ładunek q jest równy iloczynowi ładunku q z polem elektrycznym E:

Łącząc poprzednie wzory, mamy inne wyrażenie na pracę wykonywaną przez siłę elektryczną:

Następnie musimy pamiętać, jak wygląda relacja między polem elektrycznym. ORAZ i potencjał elektryczny U. Zatem:

Wreszcie znajdujemy wyrażenie używane do obliczenia potencjału elektrycznego w kategoriach pracy wykonanej w celu przesunięcia ładunku elektrycznego między punktami A i B, jak teraz pokazujemy:

Ponieważ praca wykonana w celu przeniesienia ładunku elektrycznego między punktami A i B jest równoważna ilość energii elektrycznej, którą ładunek „zyskał” lub „utracił”, można zrozumieć potencjał elektryczny jak stosunek energii do ładunku, jak wyjaśniono.

Przeczytaj też: Kalorymetria - dziedzina nauki badająca wymianę ciepła i jej zjawiska

Potencjał elektryczny jest ważną wielkością fizyczną do badania elektrostatyki

Ćwiczenia na potencjale elektrycznym

Pytanie 1) Pomiędzy dwiema naładowanymi metalowymi płytkami, oddalonymi od siebie o 10 cm, występuje pole elektryczne o wartości 500 V/m. Określ różnicę potencjałów elektrycznych między nimi.

a) 10V

b) 100V

c) 50V

d) 500V

e) 5000 V

Sprzężenie zwrotne: Litera C

Rezolucja:

Po przeliczeniu odległości między płytkami i przeliczeniu na metry (10 cm = 0,1 m) skorzystamy ze wzoru, który wiąże pole elektryczne z różnicą potencjałów, obserwuj:

Na podstawie przedstawionych obliczeń stwierdziliśmy, że różnica potencjałów między płytami wynosi 50 V, więc prawidłową alternatywą jest litera c.

Pytanie 2) Przejrzyj stwierdzenia dotyczące potencjału elektrycznego:

I – Potencjał elektryczny jest wielkością skalarną.

II – Jednostką pomiaru potencjału elektrycznego jest amper (A).

III – Potencjał elektryczny w pewnym punkcie przestrzeni jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odległości od ładunku elektrycznego.

IV – Jednostką pomiaru potencjału elektrycznego, zgodnie z SI, jest wolt (V).

Czy (są) prawdziwe:

a) I i II

b) I i IV

c) II i III

d) I, II i III

e) II, III i IV

Sprzężenie zwrotne: Literka B

Rezolucja:

Stwierdzenia II i III są fałszywe, ponieważ jednostką miary jest wolt, a potencjał elektryczny jest odwrotnie proporcjonalny do odległości od obciążenia. Zatem twierdzenia I i IV są poprawne.

Pytanie 3) Cząstka naładowana elektrycznie o ładunku 2 mC (2.0.10^-3 C), podczas transportu między dwoma punktami obwodu elektrycznego podlega działaniu 5,0 J. Określ potencjalną różnicę między tymi punktami.

a) 3.0.10⁶ V

b) 4,5.10² V

c) 0.5.10³ V

d) 2.5.10^-3 V

e) 10.10^-4 V

Sprzężenie zwrotne: Litera D

Rezolucja:

Aby rozwiązać ćwiczenie, użyj wzoru, który wiąże potencjał elektryczny i pracę, obserwuj:

Zgodnie z uzyskanym wynikiem poprawną odpowiedzią jest litera d.

Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki

Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencial-eletrico-v.htm