Робота при переміщенні заряду в електричному полі
На всякий заряд, що знаходиться в електричному полі, діє сила, і тому при русі заряду в полі відбувається певна робота. Ця робота залежить від напруженості поля в різних точках і від переміщення заряду. Але якщо заряд описує замкнену криву, т. Е. Повертається у вихідне положення, то чинена при цьому робота дорівнює нулю, як би не було складно поле і за якою б вибагливою кривої ні відбувався рух заряду.
Це важлива властивість електричного поля потрібно кілька пояснити. Для цього розглянемо спочатку рух тіла в полі сили тяжіння. Робота, як ми знаємо (див. Том I), дорівнює добутку сили на переміщення і на косинус кута між ними:. Якщо цей кут гострий (), то робота позитивна, якщо ж кут тупий (), то робота негативна. У першому випадку ми отримуємо роботу за рахунок дії сили, у другому – витрачаємо роботу на подолання цієї сили. Уявімо собі, що в полі земного тяжіння, т. Е. В просторі поблизу земної поверхні, де діє гравітаційна сила тяжіння до Землі, переміщається яке-небудь тіло.
Ми припускаємо, що при цьому переміщенні немає тертя, так що тіло не відчуває змін стану, які можуть супроводжуватися змінами його внутрішньої енергії: тіло не нагрівається, не розпадається на частини, не змінює свого агрегатного стану, не відчуває пластичної деформації і т. Д. У такому випадку всяке переміщення тіла в полі сили тяжіння може супроводжуватися лише зміною потенційної і кінетичної енергії. Якщо тіло опускається, то потенційна енергія системи Земля-тіло зменшується, а кінетична енергія тіла відповідно збільшується; навпаки, при підйомі тіла відбувається зростання потенційної енергії і одночасно зменшення кінетичної енергії. При цьому повна механічна енергія, т. Е. Сума потенційної і кінетичної, залишається постійною (див. Том I). Як би не був складний шлях тіла в полі сили тяжіння (підйом і опускання по вертикальній, похилій або криволінійної траєкторії, пересування по горизонтальному напрямку), але якщо врешті-решт тіло приходить у вихідну точку, т. Е. Описує замкнутий шлях, то система Земля-тіло повертається у вихідне положення і має ту ж саму енергію, якою вона володіла до початку переміщення тіла. Це означає, що сума позитивних робіт, здійснених силою тяжіння при опусканні тіла, дорівнює по модулю сумі негативних робіт, здійснених силою тяжіння на ділянках шляху, відповідних підйому тіла. Тому алгебраїчна сума всіх робіт, що здійснюються силою тяжіння на окремих ділянках шляху, т. Е. Повна робота на замкнутому шляху, дорівнює нулю.
З викладеного ясно, що наш висновок справедливий лише в тому випадку, якщо в процесі брала участь лише сила тяжіння і була відсутня сила тертя і всілякі інші сили, що можуть викликати зазначені вище зміни внутрішньої енергії. Таким чином, сили гравітаційного поля, на відміну від багатьох інших сил, наприклад сил тертя, мають властивість, яке ми можемо сформулювати так: робота, що здійснюються гравітаційними силами при переміщенні тіла по замкнутому шляху, дорівнює нулю. Неважко бачити, що ця властивість гравітаційних сил є вираженням закону збереження (консервації) повної механічної енергії. У зв’язку з цим силові поля, які володіють зазначеним властивістю, називають консервативними.
Подібно гравітаційному полю, електричне поле, створюване спочиваючими електричними зарядами, також є консервативним. Коли в ньому переміщається заряд, то на тих ділянках шляху, де напрямок переміщення становить з напрямком сили гострий кут (наприклад, в точці на рис. 38), робота, що здійснюються силами поля, позитивна. Навпаки, там, де напрямок переміщення становить з напрямком сили тупий кут (в точці), робота сил електричного поля негативна. Коли заряд, пройшовши по замкнутому шляху, повернеться у вихідну точку, повна робота електричних сил на цьому шляху, що представляє собою алгебраїчну суму позитивних робіт на одних ділянках і негативних на інших, дорівнює нулю.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)