Что понимают под работой электрического поля
Содержание
Заряженные частицы генерируют в своем окружении электрическое поле. На любой заряд, существующий в электрическом поле, действует сила, приводящая к совершению работы при его перемещении. Основываясь на законе сохранения энергии, следует понимать, что работа сил электрического поля — это изменение энергии на определенном участке цепи.
Что такое потенциал
Когда заряженная частица движется в поле, на нее действует сила. Под действием этой силы частица ускоряется, что в конечном итоге приводит к совершению работы. Она может быть положительной, отрицательной или нулевой, в зависимости от направления и величины силы.
Работа, совершаемая статическим электрическим полем, не зависит от траектории перемещения частицы с зарядом. Если эта частица движется по замкнутой траектории, работа сил электрического поля будет нулевой. Поэтому силы называют консервативными, а поле потенциальным. Следовательно, потенциал — это энергетическая характеристика электрополя. Он представляет собой физическую скалярную величину и отображает энергетическое состояние поля. Единица измерения потенциала — вольт.
Разность потенциалов
Работа в электрическом поле, совершаемая при движении заряженной частицы из одной точки в другую, получила название разницы потенциалов.
Формула для определения разности потенциалов может быть представлена и в несколько другом виде:
Разность потенциалов обычно называют электрическим напряжением, но это утверждение справедливо лишь в том случае, когда отсутствует действие сторонних сил при перемещении заряда в электрическом поле или же этим действием можно пренебречь.
Если в эту формулу подставить выражение, с помощью которого определяется работа силы однородного электрического поля, то получим следующее равенство:
Напряжение определяет, каким будет ток в электроцепи и энергия частицы с зарядом. Величина, отражающая работу, которая совершается за единицу времени, называется мощностью.
Работа в однородном и неоднородном поле
Однородным называют электрополе, которое можно представить в виде параллельных линий напряженности, то есть, напряженность во всех точках имеет одинаковое значение. Сила действия на заряд в таком поле всегда одинаковая благодаря симметрии.
Когда частица с зарядом движется по замкнутой траектории, она в конечном итоге попадает в свою исходную точку, поэтому величина работы электрического поля равна нулю. Это можно объяснить, исходя из того, что наблюдается нулевое падение потенциала (электрон возвращается в исходное положение). Поскольку потенциал — это работа, деленная на заряд, а разность потенциалов у нас нулевая, то работа и мощность электрического поля также будут нулевыми.
Если заряд перемещается из одной точки в другую под некоторым углом к направлению вектора напряженности, то поле будет совершать работу, которую определяют с помощью такой формулы:
Поле, напряженность которого в разных точках является непостоянной, называют неоднородным. Формула работы в неоднородном электрическом поле выглядит так:
С учетом определения потенциала можно записать:
Тогда формула работы примет такой вид:
Следовательно, работа в неоднородном поле, как и в однородном, представляет собой произведение разности потенциалов и заряда. В системе СИ этот параметр измеряется в джоулях.
Работа любого электрополя на произвольном участке цепи определяется с помощью интеграла:
Если заряд q перемещается в поле, созданном несколькими зарядами, то общая работа будет равна сумме работ, совершаемых в поле каждого заряда:
Важным аспектом, который следует учитывать, является то, что для перехода заряда из области с более высоким потенциалом в область с более низким потенциалом должна быть приложена определенная сила, вызывающая необходимость совершения работы. Следовательно, такое действие уменьшает разницу зарядов между полюсами. Транспортировка электронов от источника тока к назначенной точке требует использования энергии.
Загрузка...
