ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ"

Φυλλίς Κυπραίος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 2η ΕΒΔΟΜΑΔΑ 1. Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια (electric potentil energy) 2. Ηλεκτρικό δυναμικό (electric potentil) 3. Διαφορά δυναμικού (potentil difference) 4. Σχέση ηλεκτρικού δυναμικού με το ηλεκτρικό πεδίο 5. Ισοδυναμικές επιφάνειες (euipotentil surfces)

2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Βαρυτική δύναμη m m r Ηλεκτρική δύναμη F k r F G G 2 2 Όπως η βαρυτική έτσι και η ηλεκτρική δύναμη είναι διατηρητική. Αν μια μάζα βρεθεί σε πεδίο βαρύτητας, η θέση της μπορεί να συνδεθεί με μια βαρυτική δυναμική ενέργεια. Όμοια αν ένα φορτίο βρεθεί σε ηλεκτρικό πεδίο η θέση του μπορεί να συνδεθεί με μια ηλεκτρική δυναμική ενέργεια.

3 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Αν ο βράχος μεταφερθεί από το κάτω μέρος της χαράδρας στην κορυφή αυξάνεται η δυναμική του ενέργεια. Αν σπρώξω θετικό φορτίο από τον αρνητικό οπλισμό στον θετικό αυξάνεται η ηλεκτρική δυναμική του ενέργεια. Αν αναγκάσουμε σώμα να κινηθεί ενάντια στο πεδίο αυξάνει η δυναμική του ενέργεια. Αν αφήσουμε το πεδίο να το κινήσει το σώμα θα κινηθεί έτσι ώστε να μειώσει τη δυναμική του ενέργεια. Αυτό ισχύει είτε έχω βαρυτικό είτε ηλεκτρικό πεδίο

5 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Να θυμηθούμε : Τι είναι έργο σταθερής δύναμης Δύναμη Μετατόπιση δεν έχουν την ίδια διεύθυνση Τότε το έργο W της δύναμης F ορίζεται: Δηλαδή μετατόπιση επί συνιστώσα της F στη διεύθυνση της μετατόπισης W F s

6 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ mg h Αν ο βράχος μεταφερθεί από το κάτω μέρος της χαράδρας στην κορυφή η δυναμική του ενέργεια αυξάνει. α W Πόσο; U U W F h mgh Μεταβολή δυναμικής ενέργειας : U Έργο βαρυτικής δύναμης U mgh W Έργο βαρυτικής δύναμης αρνητικό Δυναμική ενέργεια αυξάνει Άρα η μεταβολή της δυναμικής ενέργειας είναι ίση με το αντίθετο του έργου της βαρυτικής δύναμης.

7 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ mg h α Αν ο βράχος αφεθεί από το πάνω μέρος της χαράδρας να πέσει κάτω χάνει δυναμική ενέργεια. W Πόση; U F h mgh Μεταβολή δυναμικής ενέργειας : U U W Έργο βαρυτικής δύναμης U mgh W Έργο βαρυτικής δύναμης θετικό Δυναμική ενέργεια μειώνεται Άρα η μεταβολή της δυναμικής ενέργειας είναι ίση με το αντίθετο του έργου της βαρυτικής δύναμης.

8 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ότι ισχύει στο βαρυτικό πεδίο ισχύει και για το ηλεκτρικό πεδίο: Όταν φορτισμένο σωμάτιο κινηθεί από ένα σημείο όπου η δυναμική ενέργεια είναι U σε άλλο σημείο με δυναμική ενέργεια U, το αντίθετο του έργου που παράγεται από την ηλεκτρική δύναμη είναι ίσο με τη μεταβολή της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας -W U -U Έργο ηλεκτρικής δύναμης θετικό Δυναμική ενέργεια μειώνεται Έργο ηλεκτρικής δύναμης αρνητικό Δυναμική ενέργεια αυξάνεται

9 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Θεώρημα έργου - ενέργειας Το θεώρημα έργου - ενέργειας λέγει ότι η μεταβολή στην κινητική ενέργεια (K - K ) κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε μετατόπισης είναι ίση με το έργο που παράγεται στο σωμάτιο από την συνισταμένη εξωτερική δύναμη: W K K Αν η μοναδική δύναμη είναι η ηλεκτρική: W U -U οπότε Κ -Κ U -U K + U Κ + U ΑΡΧΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

10 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Έστω 2 αντίθετα φορτισμένες πλάκες που σχηματίζουν ανάμεσά τους ομογενές ηλεκτρικό πεδίο. Αφήνουμε μικρό σημειακό θετικό φορτίο κοντά στην θετική πλάκα στη θέση. Λόγω ηλεκτρικής δύναμης θα επιταχυνθεί και θα κινηθεί προς τη θέση. Το έργο της ηλεκτρικής δύναμης πάνω στο φορτίο είναι: W F d Fd Ed > 0 W U U W U U > 0 το έργο είναι θετικό οπότε η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του σωματίου μειώνεται. Αλλά και W K > 0 Οπότε ηλεκτρική δυναμική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική. K

11 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Έστω ότι εμείς σπρώχνουμε μικρό σημειακό θετικό φορτίο από τη θέση κοντά στην αρνητική πλάκα και το μεταφέρουμε στη θέση με σταθερή ταχύτητα. Το έργο της ηλεκτρικής δύναμης πάνω στο φορτίο είναι: W F d Fd Ed < 0 W U U W U U < 0 το έργο είναι αρνητικό οπότε η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του σωματίου αυξάνεται.

12 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Γενικά αν κινήσουμε ένα φορτισμένο σώμα ενάντια στο ηλεκτρικό πεδίο αυτό θα κερδίσει ηλεκτρική δυναμική ενέργεια. Αν αντίθετα το αφήσουμε ελεύθερα να κινηθεί υπό την επίδραση του πεδίου θα χάσει ηλεκτρική δυναμική ενέργεια.

13 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ P P + R R 1 η Περίπτωση: Δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου U 2 η Περίπτωση: Δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου 2 Παράδειγμα: Έστω φέρνω φορτίο 1C στη θέση P του ηλεκτρικού πεδίου και κερδίζει ηλεκτρική δυναμική ενέργεια U 1 2J Αν φέρω διπλάσιο φορτίο 2 στην ίδια θέση P του ηλεκτρικού πεδίου θα κερδίσει ηλεκτρική δυναμική ενέργεια U 2 4J (διπλάσια!!!) U J C J 2 2C 2 J C

14 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ Το δυναμικό είναι η δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου: U J C [ ] olt (Joule/Coulom) Το δυναμικό δηλαδή η δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου εξαρτάται μόνο από τη θέση που βρίσκομαι στο ηλεκτρικό πεδίο ανεξάρτητα αν στη θέση αυτή υπάρχει ή όχι δοκιμαστικό φορτίο.

15 Alessndro olt ( ) Εφευρέτης βολταϊκής στήλης

16 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ Το δυναμικό είναι η δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου: U Μετρήσιμη ποσότητα είναι η διαφορά δυναμικού ανάμεσα σε 2 σημεία ηλεκτρικού πεδίου: U U U U W Η διαφορά δυναμικού ανάμεσα σε 2 σημεία ηλεκτρικού πεδίου είναι ίση με το έργο της ηλεκτρικής δύναμης ανά μονάδα φορτίου καθώς αυτό κινείται από το ένα σημείο στο άλλο.

17 Διαφορά δυναμικού: ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ W

18 ΣΗΜΕΙΑΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ +Q + r A E Ηλεκτρικό πεδίο στο Α: E k Q 2 r Δύναμη σε θετικό δοκιμαστικό σωμάτιο στο Α: +Q + +Q + r A F Ηλεκτρικό δυναμικό στο Α: Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια σε σωμάτιο στο Α: +Q + r r A A U k Q r F k A k Q r Q 2 r

19 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ποιο το έργο που απαιτείται για να φέρουμε φορτίο 3μC από το άπειρο σε απόσταση 0,5m από φορτίο Q20μC; W U Q 9 Nm 3 10 C C k , 08J 2 r C 0,5m Ποιο το δυναμικό σε απόσταση 0,5m από φορτίο Q20μC; k Q r Nm C , C 0,5m 5 Ποιο το δυναμικό σε απόσταση 0,5m από φορτίο Q-20μC; 3,6 10 5

20 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ + Η δυναμική του ενέργεια πως αλλάζει; ελαττώνεται Αν αντί για + είχαμε φορτίο, η δυναμική του ενέργεια πως αλλάζει; ελαττώνεται Το δυναμικό του; αυξάνεται Το δυναμικό του; ελαττώνεται

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ Ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο αν αφεθεί ελεύθερο σε ηλεκτρικό πεδίο κινείται από περιοχή ψηλού δυναμικού σε περιοχή χαμηλού δυναμικού.

21 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ Ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο αν αφεθεί ελεύθερο σε ηλεκτρικό πεδίο κινείται από περιοχή ψηλού δυναμικού σε περιοχή χαμηλού δυναμικού. Κατά την κίνηση αυτή η ηλεκτρική δυναμική του ενέργεια μειώνεται. Αντίθετα ένα αρνητικό φορτίο αν αφεθεί ελεύθερο σε ηλεκτρικό πεδίο κινείται από περιοχή χαμηλού δυναμικού σε περιοχή υψηλού δυναμικού. Πάλι κατά την κίνησή του η ηλεκτρική δυναμική του ενέργεια μειώνεται. Αν θετικό ηλεκτρικό φορτίο αφεθεί στο Α ελεύθερο σε ποια περίπτωση θα κινηθεί προς το Β και πόσο θα μειωθεί η ηλεκτρική του δυναμική ενέργεια;

22 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 1 Αν ηλεκτρόνιο επιταχύνεται από ηρεμία με διαφορά δυναμικού 1, όταν φτάνει στο λέμε ότι έχει ενέργεια 1e (ηλεκτρονιοβόλτ) 1e 1, C 1 1, J To e είναι μονάδα ενέργειας που χρησιμοποιείται για να μετρήσει ενέργεια υποατομικών σωματιδίων τα οποία χρησιμοποιούν ως βλήματα στους μεγάλους επιταχυντές. Σίγουρα θα έχετε ακούσει για ενέργειες σωματιδίων Me10 6 e, ή Ge10 9 e

23 Μεγάλος επιταχυντής αδρονίων Τα πρωτόνια επιταχύνονται σε ένα τούνελ περιφέρειας 27km σε βάθος 175m στα σύνορα Γαλλίας Ελβετίας κοντά στη Γενεύη. Με τα σημερινά δεδομένα η ενέργεια που αποκτούν τα πρωτόνια φτάνει τα 7Tev.

Ed 9 10 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 3 Αν παρατηρήσετε καθώς πλησιάζετε το δάκτυλό σας σε απόσταση 3mm από μεταλλικό πόμολο να δημιουργείται σπινθήρας ποια η διαφορά δυναμικού μεταξύ του δακτύλου σας και του

24 Ed 9 10 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 3 Αν παρατηρήσετε καθώς πλησιάζετε το δάκτυλό σας σε απόσταση 3mm από μεταλλικό πόμολο να δημιουργείται σπινθήρας ποια η διαφορά δυναμικού μεταξύ του δακτύλου σας και του πόμολου; (για ξηρό αέρα ο σπινθήρας δημιουργείται όταν το ηλεκτρικό πεδίο είναι Ε Ν/C) ( ) W Ed m 3 10 F d Γιατί δε σκοτωνόμαστε; Δεν παίζει ρόλο μόνο η τάση αλλά και πόσα είναι τα διαθέσιμα φορτία που υπάρχουν πόσο διαρκεί το ρεύμα που περνά από το σώμα μας και από ποιες περιοχές του σώματος περνά το ρεύμα. 3 m

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 10km Συμβαίνουν κατά μέσο όρο 400.

25 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 10km Συμβαίνουν κατά μέσο όρο καταιγίδες κάθε μέρα στη Γη. 100 αστραπές έχουμε κατά μέσο όρο κάθε sec στη Γη. 1km 5km

26 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

27 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ Αν h1km ποια η διαφορά δυναμικού μεταξύ γης και σύννεφου τη στιγμή που κτυπά ο κεραυνός; Eh h F W ( )

28 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ Τυπικές τιμές τάσης μεταξύ κάτω μέρους σύννεφου και γης είναι από μερικά εκατομμύρια olts μέχρι 1 δισεκατομμύριο olts. Ο κεραυνός ξεκινά με τη δημιουργία ροής αρνητικών φορτίων από το νέφος προς τη Γη τα οποία σχηματίζουν ένα χωνί διαμέτρου 10 μέτρων το step leder (βήμα οδηγός) το οποίο σε 3-5ms φτάνει στη Γη. Και μεταφέρει φορτίο της τάξης του 0,5C. Αυτό σημαίνει ένταση ρεύματος 0,5C/5ms100A. Μόλις αυτό φτάσει στη γη δημιουργείται πια ένα αγώγιμο κανάλι προς τη Γη απ όπου πολλά ηλεκτρόνια μπορούν πολύ εύκολα να κινηθούν προς τη γη. Το ρεύμα πια είναι τεράστιο 10 χιλιάδες ή και 100 χιλιάδες αμπερ. Αυτό είναι το κτύπημα επιστροφής (return stroke). Τυπικό φορτίο στο κτύπημα επιστροφής είναι 5C. Αυτή η διαδικασία διάρκειας 10ms επαναλαμβάνεται 5-10 φορές. Άρα συνολικά η διάρκεια του φαινομένου που βλέπουμε είναι της τάξης του δέκατου του δευτερολέπτου και γίνεται ανταλαγή φορτίου μεταξύ σύννεφου και γης 25-40C.

29 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ U A U B 150C AB Έστω μπαταρία αυτοκινήτου με διαφορά δυναμικού στους πόλους A - B AB 12. Αν τα φώτα του αυτοκινήτου έχουν ισχύ 30W A) ποιο το φορτίο που μεταφέρεται μεταξύ των 2 πόλων της μπαταρίας αν τα φώτα είναι αναμμένα για 1 λεπτό; Β) σε πόσα ηλεκτρόνια αντιστοιχεί το φορτίο αυτό; Pt AB 30W 60s 12 n e e 150C 1, ne n 9, e C ηλεκτρόνια

Σχετικά έγγραφα

Λύση Α. Σωστή η επιλογή α. Β.

Λύση Α. Σωστή η επιλογή α. Β. 1) Αρνητικά φορτισμένο σωμάτιο κινείται σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο μεγάλης έκτασης. Να επιλέξετε τη σωστή πρόταση. Αν η κατεύθυνση της κίνησης του σωματίου παραμένει σταθερή, τότε: α. Συμπίπτει με την