Фізична робота пробного заряду в електричному полі
Отже, ви перетворилися в пробний електричний заряд q в багато разів менший ніж заряд Q на обкладках конденсатора і почали свою подорож між обкладок конденсатора. При цьому ви будете відчувати дію кулонових сил. Припустимо, що ви є негативно зарядженою часткою подібно електрону, тоді вас буде притягувати в сторону обкладання + Q, і вас буде відштовхувати від обкладання з зарядом – Q. Чим ближче ви будете до однієї з обкладок, тим сильніше ви будете відчувати її силове дію.
Припустимо, що ви увійшли в конденсатор з боку обкладання – Q і вас тут же початок відштовхувати від неї в сторону обкладання + Q. Ви не стали чинити опір такому впливу і вирішили не противиться природі і рухатися в повній згоді з потягом. Для цих цілей якраз зручно розташовані балки і сходи, по яких ви можете вільно дістатися до обкладання + Q будь-яким маршрутом. Так як на вас діють електрична кулоновская сила, то ви починаєте вільно набирати швидкість, немов вас несе вітром. У підсумку ви подолали відстань по балці від одних сходів до іншої в напрямку від точки A до точки B (дивіться малюнок вище). Сходи – це еквіпотенціальні лінії, і відповідно, ви подолали відстань від одного значення потенціалу до іншого. У нашому випадку ви рухалися від того потенціалу, який для вас більший за величиною, до того, що менше. Якщо ж ви були б зарядом іншого знака, тобто + q, тоді потенціали поміняли б свої знаки і більший став би меншим, а менший великим. Математично це означає множення потенціалів на -1.
На вас діяла сила і ви перемістилися з точки A в точку B, іншими словами ви рухалися від потенціалу φa (більшого) до потенціалу φb (меншому). Це подібно до того, як якщо б ви пливли за течією річки на плоту, коли вам не потрібно гребти веслами і не потрібно мотора для руху. Можна сказати, що вами здійснена механічна робота, яка є обчислюється як добуток сили на відстань. Зробивши таке переміщення, ви втратили частину потенційної енергії, яка перейшла в кінетичну (швидкість вашого руху), а потім виділилася ймовірно у вигляді тепла при гальмуванні. Проробивши зворотний шлях з точки B в точку A, ви будете рухатися як би проти течії, вам доведеться затратити енергію, гребти веслами, використовувати мотор і т. П. Перемістившись назад ви збільшите свою потенційну енергію, тому як переміститеся в точку з великим потенціалом і ваше енергетичне стан збільшиться.
Різниця цих двох потенціалів φa і φb і буде електричною напругою. Це рівнозначні поняття, але в практичній електротехніці найчастіше вживають вислів не різниця потенціалів, а напруга. При розгляді електричних ланцюгів вживають такий вираз як падіння напруги на ділянці кола, а для джерел електрику та ж сама різниця потенціалів визначається як електрорушійна сила (ЕРС).
Різниця потенціалів Δφ = φ1-φ2 завжди показує яку роботу A може зробити носій заряду q при переміщенні цього заряду з точки з одним потенціалом φ1 в точку з іншим потенціалом φ2. При обчисленні треба мати на увазі, що потенціали можуть бути як зі знаком плюс, так і зі знаком мінус.
Якщо заряду для такого переміщення потрібно затратити енергію, а значить збільшити свій потенціал, то тоді робота А буде зі знаком (-), а якщо носій заряду переміщається з області високого потенціалу в область з низьким потенціалом, тоді відбувається виділення енергії і робота А буде з знаком (+). Таким чином електрична напруга – це енергетична характеристика електричного поля і являє собою різницю потенціалів Δφ. Це означає, що принципово неправильно стверджувати, що напруга – це потенціал. Електрична напруга – це завжди різниця потенціалів і вона можлива тільки між двома точками електричного поля. Якщо є одна точка в просторі електричного поля, тоді доречно говорити лише про потенціал цієї точки, але ніяк ні про її напрузі.
Необхідно абсолютно чітко уявляти в чому полягають відмінності між такими поняттями як: напруженість електричного поля E, потенціал φ, і, звичайно, різниця потенціалів – електрична напруга. Зрозумівши ці відмінності, буде абсолютно легко розібратися з тим, що таке електричний струм.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)