Τι είναι η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

•       Τι είναι η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια;

Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ή ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια είναι η ποσότητα εργασίας που γίνεται έναντι της ηλεκτροστατικής δύναμης αλληλεπίδρασης.

Το ηλεκτροστατικό πεδίο είναι ένα συντηρητικό πεδίο δύναμης και υπακούει στον νόμο του αντίστροφου τετραγώνου.

Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο (q) μετατοπίζεται από ένα σημείο Α σε ένα άλλο σημείο Β παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, πρέπει να γίνει εργασία στο φορτίο. Η ποσότητα της εργασίας που γίνεται για τη μετατόπιση του φορτίου αποθηκεύεται ως δυναμική ενέργεια και ονομάζεται ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ή ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια.

Έτσι, εργασία που γίνεται ενάντια στην ηλεκτροστατική δύναμη αλληλεπίδρασης =αύξηση της δυναμικής ενέργειας του συστήματος. δηλ. F.dr =dU

Εδώ το F είναι η ηλεκτροστατική δύναμη, το dr είναι το διάνυσμα μετατόπισης, το dU είναι η μεταβολή της δυναμικής ενέργειας.

•  Ποια είναι η έκφραση για την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια για ένα σύστημα δύο στατικών φορτίων;

Για να εξαγάγουμε την έκφραση για ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ας εξετάσουμε ένα σημειακό φορτίο Q τοποθετημένο στην αρχή. Έστω ένα άλλο σημειακό φορτίο q από μια θέση Α στη θέση Β. Έστω το Α σε απόσταση r1 από την αρχή και το Β σε απόσταση r2 από την αρχή. Για να μετατοπιστεί το φορτίο, πρέπει να γίνει q εργασία ενάντια στην ηλεκτροστατική δύναμη της αλληλεπίδρασης. Αυτή η εργασία που γίνεται είναι ίση με τη διαφορά στη δυναμική ενέργεια.

Επομένως, η εργασία που έγινε dW =dU =– F.dr

Το αρνητικό πρόσημο υποδηλώνει ότι η μετατόπιση είναι αντίθετη από την κατεύθυνση της δύναμης.

• Τι σημαίνει ένα σημείο αναφοράς;

Το σημείο στο οποίο το ηλεκτρικό δυναμικό μπορεί να θεωρηθεί ίσο με μηδέν ονομάζεται σημείο αναφοράς. Για ένα σύστημα δύο φορτίων όταν το δεύτερο φορτίο q στο ηλεκτρικό πεδίο του Q, μετατοπίζεται από το σημείο Α στο r1 στο σημείο Β στο r2. Η δυναμική ενέργεια του συστήματος των δύο φορτίων δίνεται από το U=kQq (1/r2 – 1/r1)

Αν θεωρήσουμε την αρχική απόσταση r1=ως σημείο αναφοράς, τότε παίρνουμε δυναμική ενέργεια U =kQq (1/r2).

• Ποιες είναι οι μονάδες ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας;

Η μονάδα SI της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας είναι ίδια με αυτή της ενέργειας, που είναι Joule (J).

Μια άλλη μονάδα μέτρησης είναι το βολτ ηλεκτρονίων (eV).

1ev =1,6 x 10-19 joule.

• Τι σημαίνει το Ηλεκτρικό Δυναμικό ή ποια είναι η διαφορά μεταξύ του ηλεκτρικού δυναμικού και της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας;

Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ορίζεται ως η ποσότητα της εργασίας που γίνεται για τη μετατόπιση ενός φορτίου από ένα σημείο σε ένα άλλο σημείο έναντι του πεδίου ηλεκτροστατικής δύναμης.

Το ηλεκτρικό δυναμικό μπορεί να οριστεί με όρους ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας ως ισοδύναμο με το έργο που γίνεται για τη μετατόπιση του θετικού φορτίου μονάδας από ένα σημείο σε άλλο σημείο έναντι του ηλεκτροστατικού πεδίου. Έτσι, το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ίσο με την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φόρτισης.

Επομένως, ηλεκτρικό δυναμικό (V) =Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια (U) / φορτίο (q)

Αυτή η έκφραση δίνει τη σχέση μεταξύ ηλεκτρικού δυναμικού και ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας.

•  Τι είναι η μονάδα SI του ηλεκτρικού δυναμικού;

Electric Potential (V) =Electric Potential Energy (U) / φορτίο (q)

Η μονάδα SI ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας (U) είναι joule (J), φορτίο (q) =Coulomb (C)

Έτσι, η μονάδα SI του Ηλεκτρικού Δυναμικού είναι Joule/C ή Volt.

• Πώς υπολογίζεται η δυναμική ενέργεια για ένα σύστημα Ν φορτίων;

Για ένα φορτίο q που μεταφέρεται από το άπειρο (σημείο αναφοράς) σε ένα σημείο (στη θέση r) παρουσία άλλου φορτίου q1 η δυναμική ενέργεια δίνεται ως U1 =kq1q/r. Σε περίπτωση συστήματος φόρτισης, η εργασία που γίνεται ή η δυνητική ενέργεια υπακούει στην αρχή της υπέρθεσης. Ως εκ τούτου, η συνολική δυναμική ενέργεια δίνεται ως το άθροισμα της δυναμικής ενέργειας μεταξύ των φορτίων που υπάρχουν στο σύστημα.

• Γιατί η ηλεκτροστατική δυναμική ενεργειακή διαδρομή είναι ανεξάρτητη;

Το ηλεκτροστατικό πεδίο είναι ένα συντηρητικό πεδίο. Αυτό σημαίνει ότι ο νόμος της ηλεκτροστατικής δύναμης υπακούει στον νόμο του αντίστροφου τετραγώνου, επομένως η ηλεκτροστατική δύναμη είναι μια συντηρητική δύναμη. Η δυναμική ενέργεια σε σχέση με το ηλεκτροστατικό πεδίο ορίζεται ως η εργασία που γίνεται έναντι της ηλεκτροστατικής δύναμης. Δηλαδή U =F.dr. Δεδομένου ότι το πεδίο δύναμης είναι συντηρητική εργασία που γίνεται/ η δυναμική ενέργεια σε μια κλειστή διαδρομή είναι μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι η ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια / η εργασία που γίνεται είναι ανεξάρτητη διαδρομής. Εξαρτάται μόνο από την αρχική και την τελική θέση.

• Ποια είναι η έκφραση για το ηλεκτροστατικό δυναμικό λόγω σημειακού φορτίου;

Electric Potential (V) =Electric Potential Energy (U) / φορτίο (q)

Για ένα θετικό φορτίο μονάδας, V =U =kQ/r. Αυτή είναι η έκφραση για το Ηλεκτρικό δυναμικό λόγω ενός σημειακού φορτίου Q σε απόσταση r από το φορτίο.

Συμπέρασμα

Η ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια λαμβάνεται υπόψη σε σχέση με το Ηλεκτροστατικό πεδίο. Η λέξη που έγινε αποθηκεύεται ως δυνητική ενέργεια. Όταν αυτή η εργασία γίνεται για να εκτοπιστεί ένα φορτισμένο σωματίδιο παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, αποθηκεύεται ως ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια.

Η μονάδα SI ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας είναι joule.

Το ηλεκτρικό δυναμικό ορίζεται ως ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια. Το ηλεκτρικό δυναμικό ορίζεται ως η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου, δηλαδή η εργασία που γίνεται για να εκτοπιστεί το φορτίο μονάδας. Η μονάδα ηλεκτρικού δυναμικού SI είναι joule/C.