Работа ЭСП по перемещению заряда. Потенциальность электростатического поля. Потенциал ЭСП

1.

Работа ЭСП по перемещению
заряда.
Потенциальность
электростатического поля.
Потенциал ЭСП.

2.

Работа поля по перемещению заряда.
Напряжение.

3.

Рассмотрим ситуацию: заряд q0 попадает в
электростатическое поле. Это электростатическое поле
тоже создается каким-то заряженным телом или системой
тел, но нас это не интересует. На заряд q0 со стороны поля
действует сила, которая может совершать работу и
перемещать этот заряд в поле.

4.

Работа электростатического поля не зависит
от траектории.
Работа поля при перемещении заряда по замкнутой
траектории равна нулю.
По этой причине силы электростатического поля
называются консервативными, а само поле
называется потенциальным.

5.

Гравитационная сила является консервативной
(потенциальной), то есть работа, которую она совершает
над перемещающейся частицей, не зависит от траектории
этой частицы, а зависит лишь от её начального и
конечного положений. Поэтому работа гравитационной
силы может быть выражена через потенциальную
энергию:
Об этом факте говорят как о потенциальности
гравитационного поля.
Электростатическое поле потенциально.

6.

Работа, которую совершает однородное
электрическое поле, равна произведению
величины силы и составляющей
перемещения в направлении силы (проекции
перемещения на направление силы):

7.

Разность потенциалов называют еще электрическим
напряжением при условии, что сторонние силы не
действуют или их действием можно пренебречь.
Напряжением между двумя точками называют
физическую величину, равную отношению работы сил
электростатического поля при перемещении пробного
заряда (из начальной точки в конечную) к этому заряду.
Напряжение измеряется в вольтах (В):

8.

Подставив выражение для работы, совершаемой
однородным электрическим полем, в определение
напряжения, получим формулу, которая часто
применяется при решении задач:
От величины напряжения зависит ток в цепи и
энергия заряженной частицы.

9.

Потенциал электрического поля
Потенциал — скалярная энергетическая характеристика
электростатического поля, определяющая потенциальную энергию,
которой обладает единичный положительный пробный заряд,
помещённый в данную точку поля. Электростатический потенциал
равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с
полем к величине этого заряда:
Единица измерения потенциала в системе СИ, названная вольтом (В)
в честь итальянского экспериментатора-электрика Алессандро Вольта
(1745–1827), равна Дж/Кл.

10.

Алессандро Вольта — итальянский физик, химик и
физиолог, один из основоположников учения об
электричестве.

11.

Чтобы найти потенциал точечного заряда, нужно знать
потенциальную энергию взаимодействия двух
точечных зарядов. Если два точечных заряда
расположены на расстоянии r друг от друга, то их
потенциальная энергия взаимодействия описывается
формулой:

12.

W равна работе A, которая была бы произведена над
зарядом q2 полем закреплённого заряда q1, если
бы q2 переместился с начального расстояния r на
бесконечность. Если q1 и q2 имеют одинаковый знак, то
взаимодействие отталкивающее, работа A=W положительна.
Графики потенциальной энергии взаимодействия двух
одноимённых зарядов (слева) и разноимённых зарядов
(справа):

13.

Если заряды имеют противоположные знаки, то они
притягиваются, W<0, и работа электрического
поля отрицательна.
Рассмотрим частный случай, когда электростатическое поле
создается электрическим зарядом Q. Для исследования
потенциала такого поля нет необходимости в него вносить
заряд q. Можно высчитать потенциал любой точки такого
поля, находящейся на расстоянии r от заряда Q.

14.

Разность потенциалов
Работа поля по перемещению заряда из одной точки в
другую, называется разностью потенциалов

15.

Эту формулу можно представить в ином виде:
Эквипотенциальная поверхность (линия) - поверхность
равного потенциала. Работа по перемещению заряда вдоль
эквипотенциальной поверхности равна нулю.

16.

Принцип суперпозиции:
Потенциал поля, созданного несколькими зарядами,
равен алгебраической (с учетом знака потенциала)
сумме потенциалов полей каждого поля в
отдельности:

17.

Дополнительная информация (Электрокардиография):
Электроды, используемые в электрокардиограмме (ЭКГ), измеряют
разность потенциалов (обычно не более 1 мВ = 103 В) между
различными частями кожи пациента. Эти показания связаны с
разностью потенциалов между областями сердца и позволяют
обнаруживать любые отклонения в электрической активности,
которая управляет сердечной функцией, — от аритмий до инфаркта.