Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

Σχετικά έγγραφα
Όταν ένα δοκιµαστικό r φορτίο r βρεθεί µέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, δέχεται µια ηλεκτρική δύναµη: F = q E. Η ηλεκτρική δύναµη είναι συντηρητική.

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό δυναμικό. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφάλαιο Η3. Ηλεκτρικό δυναµικό

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Ηλεκτρομαγνητισμός

Φυσική για Μηχανικούς

Ηλεκτρικό δυναμικό. Κεφάλαιο Η3

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Ενότητα 3: Ηλεκτρικό δυναμικό. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

ΑΣΚΗΣΗ-1: ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΠΕΔΙΑ

Δυναμική Ενέργεια σε Ηλεκτρικό πεδίο, Διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Ιωάννης Γκιάλας 14 Μαρτίου 2014

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Ηλεκτρική ροή. Εμβαδόν=Α

Φυσική για Μηχανικούς

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Το ηλεκτρικό ρεύμα. και. πηγές του. Μια διαδρομή σε μονοπάτια. Φυσικής Χημείας. Επιμέλεια: Διονύσης Μάργαρης

Φυσική για Μηχανικούς

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ

To θετικό πρόσημο σημαίνει ότι το πεδίο προσφέρει την ενέργεια για τη μετακίνηση αυτή.

Ορίζοντας την δυναμική ενέργεια σαν: Για μετακίνηση του φορτίου ανάμεσα στις πλάκες: Ηλεκτρικό Δυναμικό 1

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ-ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 3.1 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ COULOMB

W Bά. Υπενθύμιση από την Α τάξη. Το έργο του βάρους κατά την ανύψωση του κουτιού από τη θέση A στη θέση Γ είναι ίσο με W=-mgh

Hλεκτρικό. Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

Στις ερωτήσεις A1 - A4, να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Φυσική για Μηχανικούς

2 - ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Το βαρυτικό πεδίο της Γης.

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Β ΤΑΞΗ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

Κεφάλαιο Η2. Ο νόµος του Gauss

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS ΚΕΦ.. 23

Δομή Διάλεξης. Ορισμός Ηλεκτρικού Δυναμικού και συσχέτιση με το Ηλεκτρικό Πεδίο

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων ΘΕΜΑ Δ

Ισχύει όταν κινούνται ; Ισχύει όταν κινείται μόνο το ένα δηλαδή η δύναμη αλληλεπίδρασης περιγράφεται σωστά από το νόμο Coulomb

ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ 1. Δύο ακίνητα σημειακά ηλεκτρικά φορτία q 1 = - 2 μc και q 2 = + 3 μc, βρίσκονται αντίστοιχα

1. Ηλεκτρικό Φορτίο. Ηλεκτρικό Φορτίο και Πεδίο 1

Φυσική για Μηχανικούς

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφάλαιο 23 Ηλεκτρικό Δυναµικό. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφάλαιο 5: Στατικός Ηλεκτρισμός

Εφαρμογές Νόμος Gauss, Ηλεκτρικά πεδία. Ιωάννης Γκιάλας 7 Μαρτίου 2014

Δ2) Να υπολογίσετε την απόσταση ra του σημείου Α από το σημειακό φορτίο Q καθώς και τη τιμή του ηλεκτρικού φορτίου Q. Μονάδες 9

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Φυσική για Μηχανικούς

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ : ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΜΑΘΗΤΗ:..

Εξίσωση Laplace Θεωρήματα Μοναδικότητας

Δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΥΝΑΜΙΚΟ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 23)

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Ηλεκτρομαγνητισμός

Λύση Α. Σωστή η επιλογή α. Β.

. Για τα δύο σωµατίδια Α και Β ισχύει: q Α q, Α, q Β - q, Β 4 και u Α u Β u. Τα δύο σωµατίδια εισέρχονται στο οµογενές µαγνητικό πεδίο, µε ταχύτητες κ

Ενημέρωση. Η διδασκαλία του μαθήματος, όλες οι ασκήσεις προέρχονται από το βιβλίο: «Πανεπιστημιακή

Ηλεκτρομαγνητισμός. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Φυσική για Μηχανικούς

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

1η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Λύσεις Ασκήσεων 1 ου Κεφαλαίου

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Ενότητα 2: Ο νόμος του Gauss. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

1η ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ. Ηλεκτρικά πεδία

1η ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ. Ηλεκτρικά φορτία, ηλεκτρικές δυνάμεις και πεδία

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α (ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 26/01/2014

Μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο Διεθνές Σύστημα (S.I.) είναι το προς τιμήν του Γάλλου φυσικού Charles Augustin de Coulomb.

Λυμένες ασκήσεις. Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

Φυσική για Μηχανικούς

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι


sin(30 o ) 4 cos(60o ) = 3200 Nm 2 /C (7)

Φυσική για Μηχανικούς

ΔΙΑΛΕΞΗ 2 Νόμος Gauss, κίνηση σε ηλεκτρικό πεδίο. Ι. Γκιάλας Χίος, 28 Φεβρουαρίου 2014

Ηλεκτροστατικέςδυνάµεις καιηλεκτρικόπεδίο. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 1

Πρόβλημα 4.9.

ΣΧΟΛΗ ΕΜΦΕ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ Ι) η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ, Αγωγοί Διηλεκτρικά. Ν. Τράκας, Ι. Ράπτης Ζωγράφου 27.3.

ΘΕΜΑ Α Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Φυσική για Μηχανικούς

ΦΥΣΙΚΗ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ

Ασκήσεις 2 ου Κεφαλαίου, Νόμος του Gauss

Επαναληπτικές Σημειώσεις για τη Φυσική Γενικής Παιδείας Β Λυκείου Κεφάλαιο 3.1 Δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων

Φυσική για Μηχανικούς

Προτεινόμενο Διαγώνισμα Φυσικής B Λυκείου Γενικής Παιδείας

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤO HΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΚΑΙ ΣΤΟΥΣ ΠΥΚΝΩΤΕΣ Επώνυμο: Όνομα: Τμήμα: Αγρίνιο

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α (ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 12/10/2014

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝ. ΠΑΙΔ. Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 27/11/2016 ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Καραβοκυρός Χρήστος

Πυκνότητα φορτίου. dq dv. Μικρή Περιοχή. φορτίου. Χωρική ρ Q V. Επιφανειακή σ. dq da Γραµµική λ Q A. σ = dq dl. Q l. Γ.

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΤΑΞΗΣ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ. Ενότητα 8: Ηλεκτρική Δυναμική Ενέργεια-Θεώρημα Έργου- Ενέργειας-Ηλεκτρικό Δυναμικό-Ισοδυναμικές Επιφάνειες

Φυσική για Μηχανικούς

ΘΕΜΑ 1 ο. ΘΕΜΑ 2 ο. Η δυναμική ενέργεια ανήκει στο σύστημα των δύο φορτίων και δίνεται από τη σχέση:

Transcript:

Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια Όταν ένα δοκιμαστικό φορτίο βρεθεί μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, δέχεται μια ηλεκτρική δύναμη: F e =q o E. Η ηλεκτρική δύναμη είναι συντηρητική. Έστω δοκιμαστικό φορτίο, q 0, που μετακινείται μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο, κατά ds ( είναι το απειροστό διάνυσμα μετατόπισης, το οποίο εφάπτεται σε μια διαδρομή στον χώρο). Στο σύστημα φορτίου-πεδίου, το έργο που παράγει το ηλεκτρικό πεδίο στο φορτίο είναι: F ds=q 0 E ds ds Για μια πεπερασμένη μετατόπιση του φορτίου από το σημείο A στο σημείο B, η μεταβολή της δυναμικής ενέργειας του συστήματος είναι: B ΔU =U B UA= q 0 A E ds Επειδή η δύναμη είναι συντηρητική, το επικαμπύλιο ολοκλήρωμα δεν εξαρτάται από τη διαδρομή που ακολουθεί το φορτίο.

Ηλεκτρικό δυναμικό Η δυναμική ενέργεια ανά μονάδα φορτίου, V=U/q 0, ονομάζεται ηλεκτρικό δυναμικό. Το δυναμικό είναι είναι βαθμωτό μέγεθος χαρακτηριστικό μόνο του πεδίου. Είναι ανεξάρτητο από το όποιο φορτίο ενδέχεται να βρεθεί μέσα στο πεδίο.(η δυναμική ενέργεια είναι χαρακτηριστικό του συστήματος φορτίου-πεδίου.) Το δυναμικό έχει τιμή σε κάθε σημείο του ηλεκτρικού πεδίου. Έστω δύο σημεία Α και Β σε ηλεκτρικό πεδίο. Η μεταβολή του δυναμικού μεταξύ αυτών των σημείων είναι: ΔV = ΔU q 0 = B A E ds

Το μέγεθος που έχει σημασία είναι η διαφορά του ηλεκτρικού δυναμικού. Συχνά θεωρούμε αυθαίρετα ότι σε κάποιο κατάλληλο σημείο του ηλεκτρικού πεδίου η τιμή του ηλεκτρικού δυναμικού είναι ίση με μηδέν. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων οφείλεται αποκλειστικά στην ύπαρξη ενός φορτίου-πηγής και εξαρτάται από την κατανομή του φορτίου-πηγής. Το ηλεκτρικό δυναμικό περιγράφεται με διάφορους όρους. Οι πιο κοινοί είναι η τάση και το βολτάζ. Μονάδα μέτρησης ηλεκτρικού δυναμικού: 1 V 1 J/C

Διαφορά δυναμικού σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο Αν το ηλεκτρικό πεδίο είναι ομογενές, οι εξισώσεις που δίνουν τη διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων A και B μπορούν να αναχθούν σε πιο απλή μορφή: B Bvec ΔV =V A V B = A E ds= E A ds= Ed Η μετατόπιση γίνεται από το σημείο A στο σημείο B, παράλληλα στις γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου. Το αρνητικό πρόσημο δείχνει ότι το ηλεκτρικό δυναμικό είναι μικρότερο στο σημείο B απ ό,τι στο σημείο A. Οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου πάντα δείχνουν προς την κατεύθυνση στην οποία μειώνεται το ηλεκτρικό δυναμικό. Όταν ένα θετικό δοκιμαστικό φορτίο μετακινείται από το σημείο A στο B, το σύστημα φορτίου-πεδίου χάνει δυναμική ενέργεια.

Περισσότερα σχετικά με την κατεύθυνση του πεδίου A) Σε ένα σύστημα που αποτελείται από ένα θετικό φορτίο και ένα ηλεκτρικό πεδίο, η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του συστήματος μειώνεται όταν το φορτίο κινείται με κατεύθυνση ίδια με αυτή του πεδίου. Το ηλεκτρικό πεδίο παράγει έργο σε ένα θετικό φορτίο όταν το φορτίο κινείται στην κατεύθυνση του πεδίου. Η αύξηση της κινητικής ενέργειας του φορτισμένου σωματιδίου συνοδεύεται από ισόποση μείωση της δυναμικής ενέργειας του συστήματος φορτίου-πεδίου. B) Αν το φορτίο q o είναι αρνητικό, τότε η μεταβολή της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας ΔU είναι θετική. Σε ένα σύστημα που αποτελείται από ένα αρνητικό φορτίο και ένα ηλεκτρικό πεδίο, η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του συστήματος αυξάνεται όταν το φορτίο κινείται με κατεύθυνση ίδια με αυτή του πεδίου Για να κινηθεί το αρνητικό φορτίο στην κατεύθυνση του πεδίου, πρέπει να δεχτεί μια εξωτερική δύναμη η οποία θα παραγάγει θετικό έργο στο φορτίο.

Ισοδυναμικές επιφάνειες Το σημείο B έχει χαμηλότερο δυναμικό από το A. Τα σημεία Β και Γ έχουν το ίδιο δυναμικό. Όλα τα σημεία που ανήκουν σε ένα επίπεδο το οποίο είναι κάθετο σε ένα ομογενές ηλεκτρικό πεδίο έχουν το ίδιο ηλεκτρικό δυναμικό. Κάθε επιφάνεια που αποτελείται από μια συνεχή κατανομή σημείων, τα οποία έχουν το ίδιο ηλεκτρικό δυναμικό, ονομάζεται ισοδυναμική επιφάνεια.

Ηλεκτρικό δυναμικό συνεχούς κατανομής φορτίου Μέθοδος 1: Η κατανομή φορτίου είναι γνωστή. Θεωρούμε ένα μικρό στοιχειώδες φορτίο dq (εκλαμβάνουμε το φορτίο ως σημειακό). Το δυναμικό σε οποιοδήποτε σημείο λόγω αυτού του στοιχειώδους φορτίου είναι: dv =k e dq r

Ηλεκτρικό δυναμικό συνεχούς κατανομής φορτίου A) Για να βρούμε το συνολικό δυναμικό, ολοκληρώνουμε την προηγούμενη εξίσωση ώστε να συμπεριλάβουμε τις συνεισφορές όλων των στοιχείων της κατανομής φορτίου: V =k e dq r (Σε αυτή τη σχέση για το V, το ηλεκτρικό δυναμικό θεωρείται ίσο με το μηδέν όταν το σημείο Σ βρίσκεται σε άπειρη απόσταση από την κατανομή φορτίου). B) Αν η κατανομή φορτίου χαρακτηρίζεται από επαρκή βαθμό συμμετρίας, τότε πρώτα υπολογίζουμε το ηλεκτρικό πεδίο με τον νόμο του Gauss και έπειτα τη διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο τυχαίων σημείων: ΔV = B A E ds (Επιλέγουμε V = 0 σε ένα κατάλληλο σημείο)

Ηλεκτρικό δυναμικό φορτισμένου αγωγού Θεωρούμε δύο σημεία επί της επιφάνειας του φορτισμένου αγωγού, A και Β. Το πεδίο E είναι πάντα κάθετο στη μετατόπιση ds. Άρα, E ds=0 Επομένως, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων A και B είναι μηδενική. Άρα: 1) Σε κάθε σημείο της επιφάνειας ενός φορτισμένου αγωγού, ο οποίος βρίσκεται σε ισορροπία, V = σταθερό. Δηλαδή, η επιφάνεια κάθε φορτισμένου αγωγού που βρίσκεται σε ηλεκτροστατική ισορροπία είναι ισοδυναμική. 2) Επειδή στο εσωτερικό του αγωγού το ηλεκτρικό πεδίο είναι ίσο με μηδέν, το ηλεκτρικό δυναμικό παντού στο εσωτερικό του αγωγού είναι σταθερό και ίσο με την τιμή του στην επιφάνεια.

Σώματα με ακανόνιστο σχήμα Όπου η ακτίνα καμπυλότητας είναι μικρή, η πυκνότητα φορτίου είναι μεγάλη, και όπου η ακτίνα καμπυλότητας είναι μεγάλη, η πυκνότητα φορτίου είναι μικρή. Το ηλεκτρικό πεδίο είναι ισχυρό κοντά σε κυρτά σημεία με μικρή ακτίνα καμπυλότητας και φτάνει σε πολύ μεγάλες τιμές σε αιχμηρά σημεία.

Κοιλότητα στο εσωτερικό ενός αγωγού Έστω ότι ένας αγωγός περιέχει μια κοιλότητα ακανόνιστου σχήματος. Άρα, για την οποιαδήποτε διαδρομή μεταξύ των (οποιοδήποτε) σημείων A και B, τα οποία είναι ισοδυναμικά, θα πρέπει να ισχύει: Β V Β V Α = Α E ds=0 Αυτό μπορεί να συμβεί μόνο αν το πεδίο είναι μηδέν μέσα στην κοιλότητα.