Разность потенциалов это в физике: Разность потенциалов | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Содержание

Разность потенциалов | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Определение потенциала, как и потен­циальной энергии, является в подавляющем большинстве случаев промежуточным дей­ствием. Как правило, практическое значе­ние имеет определение работы, которую выполняет электрическое поле. Связанный непосредственно с потенциальной энерги­ей, потенциал может быть определен лишь с точностью до определенной постоянной величины, значение которой зависит от выбора нулевого уровня отсчета.

Значение потенциала опреде­ляется с точностью до неко­торой постоянной величины.

Потенциал точки поля определяется по напряженности электрического поля E и расстоянию ее от нулевого уровня l.

φ = El.

Работа в электростатическом по­ле определяется однозначно.

Если выбор нулевого уровня произволь­ный, то и значение l может быть произволь­ным.

Поэтому часто потенциал записывают в виде

φ = El + C,

С — константа.

Если же определять работу, которая по определению равна изменению потенциаль­ной энергии с противоположным знаком, то получается вполне определенная вели­чина:

A = qEl1 + C — qEl2 — C = qEl1 — qEl2.

Полученное выражение можно записать в виде

A = q(φ1φ2) = qΔφ.

Отсюда

Δφ = φ1

φ2 = A / q.

Поскольку работа и электрический заряд измеряются однозначно, то и разность потен­циалов будет иметь вполне определенное значение. Поэтому разность потенциалов счи­тают отдельной физической величиной.

Физическая величина, характеризующая эне­ргетическое состояние поля и равная отноше­нию работы по перемещению заряженного те­ла из одной точки поля в другую к значению заряда, называется разностью потенциалов.

Разность потенциалов в элект­ростатическом поле определя­ется однозначно.

Для измерения разности потенциалов, как и потенциала, применяется единица 1 вольт и производные от него единицы: 1 мВ, 1 мкВ, 1 кВ, 1 MB. Прибор, которым измеряют разность потенциалов, называется вольтметром.

Из предыдущего известно, что разность потенциалов в однородном поле связана с напряженностью электрического поля:

φ1φ2 = E(l1l2). Материал с сайта http://worldofschool.ru

Отсюда

E = (φ1φ2) / (l1l2) = Δφ / Δl.

Последнее выражение использовано для введения единицы напряженности электри­ческого поля. При φ1φ2= 1 В и l1l2= 1 м получим Е = 1 В/м.

По разности потенциалов мож­но определить напряженность электростатического поля.

На этой странице материал по темам:
  • Разность потенциалов физика величина

  • Htit,ybr yf hfpyjcnm gjntywbfkjd abpbrf

  • Определение разность потенциалов физика

  • Презентация измерения разности потенциалов

  • Каким прибором измеряется разность потенциалов

Вопросы по этому материалу:
  • Почему неудобно использовать понятие потенциала для ре­шения практических задач?

  • Что называется разностью потенциалов?

  • Какие единицы измерения разности потенциалов?

  • Каким прибором измеряется разность потенциалов?

Разность потенциалов – Наука – Коммерсантъ

В российской промышленности уже не первый год наблюдается ярко выраженный дефицит квалифицированных молодых специалистов. В какой степени российские регионы способны осуществлять качественную подготовку технарей? Для ответа на этот вопрос рейтинговое агентство RAEX при поддержке Фонда Андрея Мельниченко составило рейтинг образовательного потенциала регионов в технической сфере.

Была осуществлена сквозная оценка качества технического образования на всех этапах подготовки — от общеобразовательных школ до профильных вузов. В фокусе внимания исследователей находился широкий спектр естественно-математических и инженерно-технических направлений — иными словами, предметные области, имеющие особенно важное значение для научно-технологического развития страны.

В ходе исследования агентство RAEX проанализировало огромный массив информации: в частности, это данные о 60 тыс. выпускников школ, поступивших в лучшие технические вузы, это сведения о результатах нескольких десятков ведущих олимпиад школьников, кроме того, это результаты анкетирования свыше 200 профильных университетов и данные мониторинга вузов Минобрнауки РФ.

В публикуемый рейтинг образовательного потенциала регионов в технической сфере вошли все 85 субъектов федерации. Победителем стала Москва, вторую позицию занял Санкт-Петербург, на третьем месте расположилась Республика Татарстан. В топ-5 рейтинга также вошли Красноярский край и Свердловская область. Позиции с шестой по десятую заняли Новосибирская, Московская, Томская, Тюменская и Самарская области.

Москва и Санкт-Петербург показали наивысшие результаты по большинству критериев рейтинга, измеряющих образовательный потенциал. Университеты двух столиц заметно опережают иные регионы страны по представленности в списках лучших вузов в естественно-математической и инженерно-технической сферах: в них фигурируют сразу 19 вузов Москвы и восемь вузов Санкт-Петербурга, что ощутимо больше, чем в идущем следом Татарстане — в рейтинги вошли четыре вуза республики.

Татарстан, занявший третье место в рейтинге регионов, входит в топ-10 наиболее высоко оцененных регионов России по семи из восьми используемых в рейтинге критериев. Исключение — показатель «Поступление выпускников школ региона в ведущие вузы естественно-математического и инженерного профиля в пересчете на численность населения региона». Лидерами по этому параметру являются Тюменская область и Красноярский край, третье место поделили Томская область и Москва.

Санкт-Петербург по данному показателю не вошел и в топ-10, то есть жители города на Неве реже становятся студентами-технарями ведущих вузов, чем, например, жители Екатеринбурга, Кемерово и Перми. При этом, несмотря на скромные масштабы выпуска сильных абитуриентов, по количеству студентов Санкт-Петербург занимает второе место в стране (численность обучающихся на естественно-научных и инженерно-технических направлениях составляет 103 тыс. человек; в Москве — 192 тыс. человек; результаты всех других регионов ниже 40 тыс. человек). А по удельному количеству студентов-технарей Санкт-Петербург опережает даже Москву (1,9 тыс. человек против 1,5 тыс. человек на 100 тыс. населения). Расхождение между результатами школ и вузов Северной столицы объясняется просто: Санкт-Петербург очень привлекателен для иногородних абитуриентов, в вузы Северной столицы поступает огромный процент выпускников школ других регионов (доля иногородних студентов в ведущих университетах города на Неве на 65–70% выше среднероссийского показателя).

К слову, наивысшее в стране удельное количество студентов-технарей (2 тыс. на 100 тыс. населения) зафиксировано в Томской области, негласно именуемой «студенческой столицей России».

Результаты рейтинга показали высокую корреляцию с присутствием в регионе сразу нескольких ведущих университетов. Большинство участников топ-10 рейтинга регионов представлены в рейтинге 100 лучших вузов России RAEX как минимум тремя вузами: помимо Москвы и Санкт-Петербурга это Томская область, Московская область, Татарстан, Самарская область и Тюменская область. Всего три участника топ-10 рейтинга представлены в RAEX-100 одним или двумя вузами — это Красноярский край, Свердловская и Новосибирская области. Из них наиболее высоко расположился в рейтинге регионов Красноярский край — четвертое место в итоговом списке. Главным образом это объясняется высокими результатами школьников по естественно-научным и инженерным направлениям: по выступлению на олимпиадах молодежь Красноярского края занимает четвертое место в стране, а по успешности поступления абитуриентов в ведущие вузы страны в расчете на 100 тыс.

населения — второе.

Как составлялся рейтинг

Оценка образовательного потенциала российских регионов велась по двум областям. Первая сфера — это математические и естественные науки (физика, химия, биология, фундаментальные науки о Земле и др.), вторая — широкий спектр инженерных направлений (энергетика, строительство, авиастроение, робототехника, легкая промышленность и др.). На место регионов в рейтинге влияли результаты деятельности вузов, а также школ, готовящих абитуриентов для лучших вузов естественно-математического и инженерно-технического профилей.

Система критериев рейтинга содержит восемь показателей, часть из которых отражает масштаб деятельности и рассчитывается в абсолютных цифрах, а другая часть — в удельном выражении, для оценки эффективности результаты вузов и школ приводятся к численности населения субъекта федерации.

При оценке школ учитывались победы и призовые места учащихся региона на ведущих олимпиадах школьников по информатике, математике, физике и химии; наличие в регионе сильных школ, готовящих абитуриентов для лучших вузов страны технического направления; успешность поступления выпускников школ региона в ведущие вузы естественно-математического и инженерного профиля.

В исследовании также учитывались позиции университетов региона в рейтингах вузов RAEX по естественно-математическому и инженерно-техническому направлениям; масштаб реализации в регионе программ высшего образования (бакалавриат, специалитет, магистратура) по профильным направлениям; количество мест в вузах региона по анализируемым направлениям в расчете на численность населения региона.

Алексей Ходырев

Электроэнергия . Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики

Для поддержания электрического тока при сопротивлении требуется энергия. Необходимое количество энергии напрямую зависит от количества общего тока при сопротивлении, также зависит и от силы тока. Так как при заданном сопротивлении сила тока напрямую зависит от разности потенциалов (согласно закону Ома), то можно сказать, что энергия заданного электрического тока равна количеству передаваемого заряда, умноженного на разность потенциалов.

Так как энергия может быть трансформирована в работу, обозначим ее W. Таким образом, если обозначить разность потенциалов как E, а общее количество передаваемого заряда как Q, приходим к следующему:

W = EQ. (Уравнение 11.6)

Единицей измерения разности потенциалов является вольт, а единицей измерения заряда — кулон. Если энергия равна количеству передаваемого заряда, умноженному на разность потенциалов, то размерность единицы энергии должна выражаться в вольтах, умноженных на кулоны. Однако, согласно определению, вольт — это один джоуль на кулон (см. гл. 10). Таким образом, единицей энергии должен быть джоуль, разделенный на кулон, умноженный на кулон, или — джоуль. Так как джоуль — это единица энергии в системе МКС, то можно сказать, что при передаче электрического заряда в 1 кулон при разности потенциалов сопротивления в 1 вольт расходуется 1 джоуль энергии, который может преобразовываться в другие формы энергии, такие как работа, свет или тепло.

Часто всего полезнее бывает высчитывать степень расхода энергии (или выполняемой работы), чем общий объем затраченной энергии (или выполненной работы). Например, если две системы потребляют одинаковое количество энергии или выполняют одинаковый объем работы, но одна система это выполняет за минуту, а другая за час, то очевидно, что разница между ними существенна.

Степень расхода энергии или выполнения работы называется мощностью. Если рассматривать энергию, расходуемую в секунду, то единицей мощности будет джоуль в секунду. Один джоуль в секунду получил название 1 ватт, в честь шотландского ученого Джеймса Уатта (1736–1819), работа которого была описана в части I.

Если 1 ватт равен 1 джоулю в секунду, а 1 джоуль равен 1 вольт-кулону (согласно уравнению 11.6), то можно считать, что 1 ватт равен 1 вольт-кулону в секунду. Однако 1 кулон в секунду равен 1 амперу, и тогда вольт-кулон в секунду будет эквивалентен вольт-амперу, и это приводит нас к заключению, что 1 ватт равен 1 вольт-амперу.

Все это означает, что ток, направляемый разностью потенциалов в 1 вольт и имеющий силу 1 ампер, являет собой мощность в 1 ватт. В общем, электрическая мощность определяется разностью потенциалов, умноженной на силу тока. Если обозначить мощность как P, то получается следующее:

P = EI. (Уравнение 11.7)

Электрические приборы обычно обозначаются числом ватт, которые говорят об уровне потребления ими электрической энергии. Лучше всего мы знакомы с этим на примере электрических ламп. В лампах количество расходуемой энергии используется для повышения температуры нити накала. Чем выше расход энергии и чем выше температура нити, тем больше излучение, исходящее от лампы. Именно поэтому лампы в 100 ватт ярче и горячее, чем лампы в 40 ватт.

Обычно разность потенциалов электрического тока в жилых домах — 120 вольт, и она остается неизменной. Из уравнения 11.7 мы видим, что I = P/Е. Соответственно, для лампы в 100 ватт, горящей в жилом доме, сила тока будет следующей: I = 100/120 = 5/6.Таким образом, сила тока в лампе в 100 ватт будет равна 5/6 ампера. Исходя из этого мы можем точно рассчитать нужное сопротивление (R) лампы. Согласно закону Ома, R = Е/I, R = 120 поделить на 5/6, т. е. 144 ома.

Ватт является единицей мощности в системе МКС, однако он не является наиболее часто употреблямым. Чаще мы используем значение киловатт, который равен 1000 ватт. В систему МКС не входит такая единица, как лошадиная сила, которая всегда употреблялась в Соединенных Штагах как единица измерения для двигателей внутреннего сгорания. Лошадиная сила больше ватта; 1 лошадиная сила равна 746 ватг. Из этого следует, что 1 киловатт равен 1,34 лошадиной силы.

Так как мощность — это энергия, поделенная на время, то энергия будет мощностью, умноженной на время. Данное соотношение, как обычно, подводит нас к единицам измерения. Так как 1 ватт = 1 джоуль/секунду, то 1 джоуль = 1 ватт-секунда. Таким образом, ватт-секунда является полноправной единицей энергии в системе МКС, так же как и джоуль, которому она равняется. В этой группе более крупной единицей энергии будет киловатт-час. Так как киловатт равен 1000 ватт, а 1 час равен 3600 секундам, то киловатт-час будет равен (1000) (3600) ватт-секунд или джоулей. Другими словами, 1 киловатт-час = = 3 600 000 джоулей. Лампа в 100 ватт (0,1 киловатт) в течение 24 часов сжигает энергию равную 2,4 киловатта. Счета за электричество, которые мы получаем дома, основаны на потреблении киловатт-часов энергии.

Из закона Ома (уравнение 11.1) мы знаем, что Е= IR. Совместив эту формулу с формулой 11.7, мы получаем следующее:

Р = I2R. (Уравнение 11.8)

Другими словами, уровень электрической энергии, расходуемой на электрический ток, изменяется прямо пропорционально сопротивлению, умноженному на силу тока в квадрате.

Иногда очень важно израсходовать как можно меньше энергии при передаче тока, т. е. при проводке тока от аккумулятора (или другого источника) к тому месту, где электрическая энергия будет преобразована в другую полезную форму энергии (например, к электрической лампе, где часть энергии будет преобразована в свет). В таких случаях сопротивление должно быть как можно ниже. При одинаковой длине и толщине проволоки самое низкое сопротивление у меди и серебра. Так как медь намного дешевле серебра, то именно из этого материала обычно изготавливают электрические проводки.

Однако для передачи электричества на длинные расстояния даже медь является дорогой, и тогда используется третий вариант — очень дешевый алюминий. Алюминий, несмотря на то что его сопротивление в 1,7 раза выше, чем у меди, все же является хорошим проводником. Высокую сопротивляемость можно уравновесить тем, что плотность алюминия меньше плотности меди в 3 раза, поэтому алюминиевая проволока толщиной 1 мм будет не тяжелее медной проволоки толщиной 0,6 мм при той же длине. Сопротивление понижается по мере увеличения площади поперечного сечения проволоки; следовательно, сопротивление более толстой алюминиевой проволоки будет меньше, чем более тонкой (и значительно более дорогой), равной по весу медной проволоки.

С другой стороны, иногда требуется преобразовать электрическую энергию в тепло настолько, насколько это возможно, например в утюгах, тостерах, электрических плитах и т. д. В этих случаях требуется сравнительно высокое сопротивление (но не настолько высокое, чтобы не давать току достигнуть определенной силы), и для этого применяются сплавы с высоким сопротивлением, такие как нихром.

В электрической лампе особенно нужна высокая температура, достаточная для излучения большого количества видимого света (см. гл. 8). Всего несколько проводников могут выдержать столь высокую температуру, и один из них — вольфрам. Температура плавления вольфрама — 3370 C°, чего более чем достаточно. Однако вольфрам обладает всего лишь 1/20 сопротивляемости нихрома. Для повышения сопротивляемости вольфрама нить накаливания в лампе должна быть одновременно тонкой и длинной.

(При температуре каления, которая очень высока, вольфрам моментально вступал в реакцию с кислородом, находящимся в воздухе, и портился. По этой причине в ранние дни зарождения ламп накаливания воздух из них откачивали. Однако в вакуумном пространстве тонкие вольфрамовые нити слишком быстро испарялись и имели очень ограниченный срок жизни. Для решения этой проблемы в лампах стали применять инертные газы: сначала азот, а затем аргон. Эти газы не вступали в контакт с добела накаленной вольфрамовой нитью, а давление газа сокращало испарение и увеличивало срок жизни ламп.)

Дмитрий Побединский о трендах, теориях заговора и открытиях в физике

Какие громкие открытия были сделаны в физике за последние годы? Получится ли в будущем совершить путешествие во времени и сразиться на джедайских мечах? Как знания физики помогут донести тяжелые пакеты из магазина? На эти и другие неожиданные вопросы в «Сириусе» ответил Дмитрий Побединский – физик, автор научно-популярного канала «Физика от Побединского», автор книги «Только физика, только хардкор!».

– Зачем нужна физика в обычной жизни?

Если говорить о том, что лежит на поверхности, то она нужна, чтобы мы, в буквальном смысле, не угробили все наши электроприборы, начиная от микроволновок и кофеварок, заканчивая компьютерами и сложной электроникой. Знание школьного курса до 9 класса уже закладывает понимание того, как работают приборы, а значит, человек начинает бережнее с ними обращаться.

– У Вас есть целая серия лекций о природе разных вещей. Вы рассказываете, почему нельзя смотреть на сварку, что такое черные дыры, как устроено 3D в кинотеатре. А есть ли всем известные явления, природу которых ученые полностью пока не понимают?

Да, достаточно неизученным пока остается понятие темной материи в астрономии и космологии. А если говорить о совсем привычных вещах, то не до конца пока открыт механизм того, как формируются грозы. В целом более-менее он известен, но в деталях никто пока не знает. Для этого нужно проводить эксперименты: запускать в грозовое облако зонд или самолет, но долго функционировать там он не сможет. Поэтому всех деталей – как образуются молнии, как формируется такая разность потенциалов – мы не знаем. 

Многих процессов в животном мире с физической точки зрения мы объяснить не можем. Например, мы знаем, что многие животные каким-то образом могут ориентироваться по магнитному полю Земли, но какие механизмы за это отвечают, тоже непонятно.

– Какие самые громкие открытия в физике появились за последние 10 лет?

Это обнаружение гравитационных волн, а также подтверждение существования бозона Хиггса – частицы, которая переносит взаимодействие между другими частицами и имеет инертную массу. Очень много открытий было сделано и в астрофизике. В частности, речь идет об обнаружении большого количества экзопланет. Еще одно важное достижение – успешное выполнение миссии «Новые горизонты» НАСА. А из самых свежих достижений важно отметить успешное «раскладывание» телескопа «Джеймс Уэбб». Это огромное оборудование размером примерно с теннисный корт. Он «висит» в космосе и ведет наблюдения. Оборудование спроектировано так, что его закрывает огромный щит, защищающий от мельчайших помех. Таким образом, мы получим максимально детализированные снимки очень глубокого космоса. Сейчас все научное сообщество в предвкушении, потому что это действительно очень крутой инструмент, благодаря которому наверняка будет сделано несколько громких открытий.

– На Ваш взгляд, какие идеи из фантастических фильмов теоретически могут стать реальностью, а какие все же нет?

Что-то фундаментальное, вроде телепортации или путешествий во времени – может быть, но с очень большими допущениями. Слишком уж много законов физики нужно обойти. А вот летающие машины и другой высокотехнологичный транспорт, голограммы, подобие джедайских мечей – вот это уже более реальная история.

– Помимо фантастических идей есть и абсурдные. В интернете можно наткнуться на адептов идеи плоской Земли, взаимосвязи 5G и коронавируса. На Ваш взгляд, почему при обилии качественной научной информации люди по-прежнему в такое верят?

Часто люди считают, что за какими-то глобальными событиями должны непременно стоять серьезные причины. Когда происходит что-то, выходящее за рамки нашей привычной жизни, например, нынешняя эпидемия коронавируса, люди хотят получить ответ: а как это произошло? А так как мы говорим о глобальном событии, кажется, что и причины могут быть тоже  какими-то необычными. Так и появляются разговоры о заговорах, сетях, 5G и так далее. Люди складывают события в красивую картинку, такая «теория» начинает громко и красиво звучать. К тому же разные конспирологические идеи имеют очень быстрое объяснение. Это легче, чем изучать действительно проверенную и научную информацию. К сожалению, некоторым такой  путь ближе.

– Вы регулярно изучаете много разной информации. А было ли что-то, что удивило Вас?

Конечно. Я и стараюсь в своих роликах рассказывать о том, что интересно и удивительно, в том числе и для меня самого. Недавно меня очень удивило, что, оказывается, мебель, сделанная из ДВП, выделяет формальдегид. И, кстати, многие из моих знакомых об этом знали. А для меня вот стало небольшим открытием.  

– Можете назвать три темы из физики, которые, на Ваш взгляд, важно понимать каждому?

Я думаю, это базовые понимания радиотехники. Потому-то часто можно услышать домыслы об опасном излучении от микроволновок и подобные темы. А если у человека есть понимание, что такое радиоволны, то тогда сразу огромный пласт вопросов снимается. Далее – некие общие знания в космологии, чтобы понимать, как устроена Вселенная, знать, что она расширяется, какой она формы и кривизны. Это самая свежая информация на сегодняшний день, знания о мире, в котором мы живем. Безусловно, очень интересно. И третьим направлением назову механику, в частности статику. Банально, это поможет даже в быту. Иногда я вижу, как люди берут пакеты, у них все валится из  рук, не хватает координации. А если, например, знать правило рычага, с такой задачей справиться будет значительно проще.

– Порой от школьников приходится слышать, что  физика – сложный и даже скучный предмет. А как ее преподавать интересно?

Физику в школе нужно преподавать обязательно с опытами и экспериментами, чтобы в буквальном смысле «впитывать» ее не только головой, но и кончиками пальцев. Во-первых, это прикольно для самих ребят,  а во-вторых, так темы действительно будут легче запоминаться. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Известная истина работает и здесь. Если мы говорим про школьную физику, то там практически на каждую главу из учебника можно провести какой-то эксперимент или опыт. Разъясняя ту или иную тему, важно двигаться в более прикладную сторону, чтобы школьник понимал, как новые знания могут быть применены в реальной жизни, зачем это нужно.

– Какие сейчас тренды в физике? Над чем сейчас интересно работать молодым ученым?

На мой взгляд, сейчас тренд – это астрофизика. Очень много нобелевских премий в последнее время дают именно за достижение в астрофизике: в ней сейчас очень много открытий совершается. Я бы точно рекомендовал молодым ученым обратить внимание на эту область.

Напряжение и разность потенциалов | IOPSpark

Напряжение/разность потенциалов

Электричество и магнетизм

Напряжение и разность потенциалов

Учебное руководство для 11-14

Настаивай… и получай

Совет учителя: Слово напряжение более понятно, чем словосочетание разность потенциалов , поэтому, вероятно, его достаточно для детей 11–14 лет. Более сложная разработка, которая оправдывает термин разность потенциалов , вероятно, не подходит для класса 11–14 лет. Падения и повышения напряжения, позже называемые падениями и подъемами потенциала, по аналогии с гравитационной разностью потенциалов, также лучше пока исключить из классной комнаты. Действительно, сама идея разности потенциалов сложна для учащихся старше 16 лет. Мы бы предложили оставить аналогию с холмами на потом. Возможно, есть смысл тонко ввести его в обучение 14–16 лет.Но следует опасаться сложностей, так как электрические горки бывают только при наличии петли с током в элементах цепи. Это не очень похоже на круговой маршрут в сопках, где есть холмы, есть ли на пути поток пешеходов или нет. Всегда нужно следить за тем, чтобы не увести учеников по ложному следу, вводя недоразвитую аналогию.

Совет учителя: Отношение напряжения к мощности, как то, что происходит теперь в цепи, может быть более выгодным подходом. Введите его в качестве второго фактора, определяющего яркость лампочки: вам нужно будет указать как напряжение, так и силу тока.

Разница потенциалов: определение, формула и примеры — видео и расшифровка урока

Что такое электрический потенциал?

Чтобы понять разность электрических потенциалов, нам нужно сначала понять, что такое электрический потенциал.Лучший способ сделать это — провести аналогию с концепцией, с которой вы должны быть знакомы: гравитационная потенциальная энергия.

Электрический потенциал — это простой способ количественного определения потенциальной энергии, которой обладает электрическая частица в результате ее нахождения в электрическом поле. Это похоже на то, как мы говорим об объектах с массой и их потенциальной энергией в результате их нахождения в гравитационном поле.

Находясь в гравитационном поле Земли, объекты, обладающие массой, испытывают воздействие этого гравитационного энергетического поля. Эффект, который они ощущают, заключается в том, что их тянет вниз с некоторой силой, пропорциональной их массе и их положению в это поле.Означает ли это, что мы можем однозначно описать места в гравитационном поле Земли как места с изначально высокой потенциальной энергией? Нет, не обязательно. Почему бы нет? Потому что потенциальная энергия, которой обладает объект, зависит не только от его положения в гравитационном энергетическом поле, но и от его массы.

Например, космический шаттл на высоте 10 000 футов над поверхностью Земли обладает гораздо большей потенциальной энергией, чем молекула воздуха на той же высоте над поверхностью Земли.Они оба находятся в одном и том же месте в гравитационном поле, но их потенциальная энергия очень различна, потому что их масса очень различна. Что мы можем сделать, так это определить каждое местоположение как количество потенциальной энергии на единицу массы, необходимое для достижения этого местоположения. Это позволяет нам уравнять игровое поле и сравнить локации по энергии, необходимой для того, чтобы добраться до них. Это делает потенциальную энергию объекта исключительно функцией его местоположения. Мы называем это гравитационным потенциалом, и он определяется как количество потенциальной энергии объекта в гравитационном поле на единицу массы.

Электрический потенциал очень похож на гравитационный потенциал. Он описывает количество энергии, которой обладает частица, в зависимости от ее местоположения. Это способ количественной оценки того, сколько энергии было дано частице, чтобы заставить ее двигаться против электрического поля. В случае нашей электрической цепи это поле создается отталкиванием электрической частицы от других частиц. Итак, точно так же, как объект движется через наше гравитационное поле, мы описываем частицу, которая пробилась через электрическое поле, чтобы добраться туда, где она есть.И точно так же, как мы «уровняли игровое поле», описывая местоположения в гравитационном поле как количество энергии на единицу массы, чтобы добраться туда, мы описываем электрический потенциал как количество энергии, необходимое заряженной частице для достижения местоположения в этом месте. электрическое поле известной силы. Опять же, это делает электрический потенциал объекта исключительно функцией его местоположения.

Разница между электрическим потенциалом и разностью потенциалов

Основное различие между электрическим потенциалом и разностью потенциалов заключается в том, что электрический потенциал в точке электрического поля равен количеству работы, проделанной для переноса единичного положительного заряда из бесконечности в эту точку.В то время как разность потенциалов — это работа, совершаемая при переносе единичного положительного заряда из одной точки в другую при сохранении заряда в равновесии.

Формула электрического потенциала

Если  W – это работа, совершаемая при перемещении единичного положительного заряда из бесконечности в определенную точку поля, электрический потенциал V в этой точке будет определяться как:

В=Вт/кв 0

Подразумевается, что электрический потенциал измеряется относительно некоторой точки отсчета и подобно потенциальной энергии может быть измерено только изменение потенциала между двумя точками.

Это скалярная величина, ее единицей СИ является вольт, равный JC¯1. вольт: « Если один джоуль работы совершается против электрического поля при переносе положительного заряда в один кулон из бесконечности в точку электрического поля, то потенциал в этой точке будет равен одному вольту». или «один джоуль работы, совершаемой при заряде в один кулон, равен одному вольту».

См. также: Разница между ЭДС и разностью потенциалов

Как найти электрический потенциал между двумя точками?

Рассмотрим положительный заряд q 0 , который может двигаться в электрическом поле, создаваемом между двумя противоположно заряженными параллельными пластинами, как показано на рисунке.Положительный заряд переместится с пластины B на A и получит KE. Если его нужно переместить из A в B, необходима внешняя сила, чтобы заставить заряд двигаться против электрического поля, и он получит PE. Наложим условие, что заряд перемещается от А к В, он перемещается для сохранения электростатического равновесия, т. е. движется с постоянной скоростью.

Это условие может быть достигнуто путем приложения силы F , равной и противоположной q 0 E в каждой точке на его пути, как показано на рисунке.Работа, совершаемая внешней силой против электрического поля, увеличивает электрическую потенциальную энергию перемещаемого заряда. Пусть W AB — работа, совершаемая силой при переносе положительного заряда qo из A в B при удержании заряда в равновесии. Изменение его потенциальной энергии определяется как ΔU= W AB или

U B и U A =   W AB

, где U A и U B определены как потенциальные энергии при точках A и B соответственно.

 Для описания электрического поля введем понятие разности электрических потенциалов. Разность потенциалов между двумя точками А и В в электрическом поле определяется как «Работа, совершаемая при переносе единичного положительного заряда из точек А в В при сохранении заряда в равновесии.

 Формула разности потенциалов

ΔV=VB-VA=W AB /q 0 = ΔU/q 0

Где VA и VB определяются как электрические потенциалы в точках A и B соответственно.Разность электрических потенциалов и разность электрических потенциалов между точками A и B связаны соотношением

.

ΔU=q0ΔV=W AB

Таким образом, p.d между двумя точками можно определить как «разницу потенциальной энергии на единицу заряда».

Единица п.д

1 вольт = 1 джоуль/1 кулон

То есть между двумя точками существует разность потенциалов в 1 вольт, если работа, совершаемая при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую при сохранении равновесия, составляет один джоуль.Чтобы дать понятие электрического потенциала в точке электрического поля, мы должны иметь ссылку, которой мы приписываем нулевой электрический потенциал. эта точка обычно берется на бесконечности. Таким образом, в уравнении

ΔV=V B -V A =W AB /q 0

возьмем A за бесконечность и выберем Va=0, электрический потенциал в точке B будет равен

В В =W В /q 0

или опуская нижние индексы, мы получаем уравнение

В=Вт/кв 0

, в котором говорится, что электрический потенциал в любой точке электрического поля равен работе, затраченной на перемещение единичного положительного заряда из бесконечности в эту точку, удерживающую его в равновесии. Следует отметить, что потенциал в точке по-прежнему представляет собой разность потенциалов между потенциалом в этой точке и потенциалом на бесконечности. И потенциал, и разность потенциалов являются скалярными величинами, поскольку и W, и q0 являются скалярами. Посмотрите видео об электрическом потенциале и разности потенциалов, чтобы визуально прояснить свои понятия.

Видео о разнице между электрическим потенциалом и разностью потенциалов
Чтобы увидеть разницу между электрическим потенциалом и разностью потенциалов, посмотрите видео ниже:

Похожие темы

Для справки:

Разница между упругим и неупругим столкновением с примерами

В основном существует два основных типа столкновения: упругое столкновение и неупругое столкновение.Основное различие между упругим и неупругим столкновением заключается в том, что кинетическая энергия неупругого столкновения сохраняется, а при неупругом столкновении кинетическая энергия не сохраняется.

Что такое столкновение?

При столкновении на каждую сталкивающуюся частицу в течение относительно короткого времени действует относительно большая сила. Основная идея столкновения состоит в том, что движение сталкивающихся частиц (или, по крайней мере, одной из них) изменяется достаточно резко и что мы можем относительно четко разделить время «до столкновения» и время «после». столкновение».

Например, когда бита ударяет по бейсбольному мячу, можно достаточно точно определить начало и конец столкновения. Летучая мышь находится в контакте с мячом в течение довольно короткого промежутка времени по сравнению со временем, в течение которого мы наблюдаем за мячом. Во время удара бита оказывает на мяч большое усилие. Эта сила меняется со временем сложным образом, который мы с трудом можем измерить. И мяч, и бита деформируются при столкновении. Силы, действующие за время, малое по сравнению со временем наблюдения за системой, называются импульсивными силами.

Когда альфа-частица (ядро) сталкивается с другим ядром, сила, действующая между ними, может представлять собой хорошо известную электростатическую силу отталкивания, связанную с зарядами частиц. Частицы могут не соприкасаться в действительности, но мы все же можем говорить о столкновении, потому что относительно большая сила, действующая за время, малое по сравнению с временем, в течение которого альфа-частица находится под наблюдением, оказывает существенное влияние на движение альфа-частицы. частица.

Можно было бы даже говорить о столкновении двух галактик, если бы мы были готовы наблюдать за временем порядка миллионов или миллиардов лет.(Но более осуществимой альтернативой является сокращение этого длительного промежутка времени с помощью компьютерного моделирования).

Столкновения между элементарными частицами являются основным источником информации об их внутренней структуре. При столкновении двух частиц высокой энергии часто продукты столкновения сильно отличаются от исходных частиц. Иногда эти столкновения производят сотни частиц-продуктов, общая масса которых может быть намного больше, чем массы сталкивающихся частиц (кинетическая энергия падающих частиц преобразуется в энергию покоя при столкновении). Изучая траектории вылетающих частиц и применяя фундаментальные законы сохранения, мы можем реконструировать исходное событие.

В другом масштабе те, кто изучает дорожно-транспортные происшествия, также пытаются реконструировать столкновения. По траекториям и схемам столкновения сталкивающихся транспортных средств часто можно вывести такие важные детали, как скорость и направление движения двух транспортных средств до столкновения.

Другой вид столкновения — это столкновение между космическим зондом и планетой, называемое эффектом короткой пращи, при котором скорость и направление космического зонда могут быть изменены при «близком столкновении» с движущейся планетой.Зонд на самом деле не касается планеты, но подвергается сильному гравитационному воздействию на время, очень короткое по сравнению с направлением движения космического зонда. Таким образом, мы вправе называть такие счетчики «столкновениями».

Сохраняется ли импульс неупругого столкновения?

«Импульс изолированной системы двух или более взаимодействующих тел остается постоянным».

Импульс системы зависит от ее массы и скорости.Система – это группа тел в определенных границах. Изолированная система — это группа взаимодействующих тел, на которые не действует никакая внешняя сила. Если на систему не действует неуравновешенная или результирующая сила, ее импульс остается постоянным. Таким образом, импульс изолированной системы всегда сохраняется. Это закон сохранения импульса.

                 Рассмотрите пример наполненного воздухом воздушного шара, описанного в соответствии с третьим законом движения. В этом случае воздушный шар и воздух внутри него образуют систему.Перед выпуском шара система находилась в покое, поэтому начальный импульс системы был равен нулю. Как только шар освобождается, воздух выходит из него с некоторой скоростью. Выходящий из него воздух перерабатывает импульс. Чтобы сохранить импульс, воздушный шар движется в направлении, противоположном направлению вылетающего воздуха.

Рассмотрим изолированную систему из двух сфер с массами m 1 и m 2 . Они движутся прямолинейно с начальными скоростями u 1 и u 2 соответственно, но эта u 1 2,05 больше , чемШар массой m 1 приближается к шару массой m 2 по мере их движения.

Начальный импульс массы m = m 1 u 1

Начальный импульс массы m =m 2 u 2

Суммарный начальный импульс системы до столкновения=m 1 u 1 + m 2 u 2   ……….(1)

Через какое-то время масса m 1 ударяет массу m 2 с некоторой силой.Согласно третьему закону движения Ньютона, m 2 оказывает равную и противоположную силу реакции на m 1 . Пусть их скорости после столкновения станут v 1 и v 2 соответственно. Тогда:

Конечный импульс массы m 1 =m 1 v 1

Конечный импульс массы m 2 =m 2 v 2

Полный импульс системы после столкновения =m 1 v 1 + m 2 v 2      ……. .(2)

По закону сохранения импульса:

Суммарный начальный импульс системы до столкновения = Суммарный конечный импульс системы после столкновения

м 1 U 1 + M 2 = м 1 V 1 + M 2 V 2 …………………… (3)

Уравнение (3) показывает, что импульс изолированной системы до и после столкновения остается одним и тем же, что соответствует закону сохранения импульса.Закон сохранения импульса является важным законом и имеет широкое применение.

Столкновение в одном измерении

Рассматриваем эффект столкновения двух объектов. Обычно мы знаем начальные скорости двух объектов до столкновения, и наша цель — применить законы сохранения или законы движения, чтобы найти скорости после столкновения.

Мы всегда можем рассчитать движения объектов после их столкновения на основе их предыдущих движений, если мы знаем силы, действующие во время столкновения, и если мы можем решить уравнение движения. Однако в большинстве столкновений мы не знаем этих сил. Закон сохранения количества движения должен выполняться при любом столкновении, при котором действуют только внутренние силы, и его можно применять, даже если мы не знаем этих сил. Хотя мы можем не знать подробностей взаимодействия, мы можем использовать закон сохранения импульса и закон сохранения энергии во многих случаях, чтобы предсказать результаты столкновения.

Линейный импульс всегда наблюдается при столкновениях. Полная энергия также сохраняется: начальная полная энергия сталкивающихся частиц равна конечной полной энергии продуктов.Эта энергия может включать не только кинетическую энергию, но и другие формы, такие как внутренняя энергия, энергия деформации, вращательная энергия, лучистая энергия и т.д.

В одной специальной категории ударов, называемой упругим ударом, мы пренебрегаем всеми этими другими формами энергии и рассматриваем, мы пренебрегаем всеми этими другими формами энергии и рассматриваем только механическую энергию U + K. Кроме того, мы предполагаем, что при импульсивном столкновении , внутренние силы действуют кратковременно и, следовательно, на малом расстоянии; мы наблюдаем частицы только на гораздо большем относительном расстоянии друг от друга, так что влиянием их интервальной потенциальной энергии можно пренебречь.При упругом столкновении поступательная кинетическая энергия является единственной формой энергии, которую мы должны учитывать, поэтому сохранение механической энергии эквивалентно сохранению кинетической энергии: начальная энергия K i равна конечной кинетической энергии K f при упругом столкновении.

В другой категории столкновения, которое называется неупругим, энергия проявляется в других формах, и начальные конечные кинетические энергии не равны. В одних случаях K i > K f , как, например, при переходе начальной кинетической энергии во внутреннюю энергию продуктов, а в других случаях K i K > f  ,  , например, когда высвобождается внутренняя энергия, запасенная в сталкивающихся частицах. Механическая энергия U +K не сохраняется при неупругом столкновении.

Когда сталкивающиеся тела являются простыми, такими как атомы или молекулы, мы часто можем напрямую объяснить разницу между K и K с точки зрения известных дискретных состояний внутренней энергии системы. В более сложных системах, таких как столкновение автомобилей, мы рассматриваем разницу просто как «потерянную» или «полученную» кинетическую энергию.

Все столкновения между реальными объектами в той или иной степени неупругие.Когда объекты очень жесткие, например бильярдные шары, мы часто можем рассматривать столкновение как приблизительно упругое. В этом случае энергия, которая переходит из кинетической в ​​другие формы (например, звуковая волна, которую вы слышите при столкновении шаров), пренебрежимо мала по сравнению с кинетической энергией. Обратите внимание, что классификация столкновения как упругого или неупругого не зависит от системы отсчета, из которой рассматривается столкновение.

Когда два тела слипаются после столкновения, говорят, что столкновение совершенно неупругое.Например, столкновение пули с деревянным бруском, в который выстрелили, совершенно неупруго, когда пуля остается застрявшей в бруске. Термин «полностью неупругий» не обязательно означает, что вся начальная кинетическая энергия теряется; как мы увидим, скорее это означает, что потери не настолько велики, насколько это возможно, в соответствии с законом сохранения импульса.

Даже если силы столкновения неизвестны, мы можем найти движения частиц после столкновения из движений до столкновения, если столкновение совершенно неупругое, или, если столкновение упругое, если столкновение происходит в одном измерение.При одномерном столкновении относительное движение после столкновения происходит по той же линии, что и относительное движение до столкновения. Ограничимся пока одномерным движением.

Разница между упругим и неупругим столкновением

Поскольку силы между телами также консервативны, так что при столкновении не теряется и не приобретается механическая энергия, полная кинетическая энергия системы остается такой же после столкновения, как и до. Такое столкновение называется упругим столкновением .Столкновение двух шариков или двух бильярдных шаров почти полностью упруго. Когда планеры сталкиваются, их пружины на мгновение сжимаются, и часть исходной кинетической энергии мгновенно преобразуется в упругую потенциальную энергию. Затем планеры отскакивают друг от друга, пружины расширяются, и эта потенциальная энергия преобразуется обратно в кинетическую энергию.

Столкновение, при котором полная кинетическая энергия после столкновения меньше, чем до столкновения, называется неупругим столкновением .Фрикаделька, приземлившаяся на тарелку со спагетти, и пуля, застрявшая в деревянном блоке, являются примерами неупругих столкновений. Неупругое столкновение, при котором сталкивающиеся тела слипаются и после столкновения движутся как одно тело, часто называют полностью неупругим столкновением  Неупругие столкновения:

 формула неупругого столкновения

Давайте посмотрим, что происходит с импульсом и кинетической энергией при совершенно неупругом столкновении двух тел (А и В). Поскольку два тела слипаются после столкновения, они имеют одинаковую конечную скорость V → 2 .

Предположим, например, что тело массой м A и начальной x -компонентой скорости ν A1x неупруго сталкивается с телом массой м B , которое первоначально покоилось (ν B1x = 0). Из уравнения (1) общая x-компонента скорости ν 2x  обоих тел после столкновения равна:

Правая часть всегда меньше единицы, потому что знаменатель всегда больше числителя.Даже когда начальная скорость м В отлична от нуля, нетрудно убедиться, что кинетическая энергия после совершенно неупругого столкновения всегда меньше, чем до.

Обратите внимание: мы не рекомендуем запоминать уравнения. (2) или (3). Мы вывели их только для того, чтобы доказать, что кинетическая энергия всегда теряется при совершенно неупругом столкновении.

Формула упругого столкновения

Мы видели в разделе, что упругое столкновение в изолированной системе — это столкновение, в котором кинетическая энергия (а также импульс) сохраняется. Упругое столкновение происходит, когда силы между сталкивающимися телами консервативны. Когда два бильярдных шара сталкиваются, они немного сдавливаются у поверхности соприкосновения, но затем отскакивают, но в конце снова преобразуются в кинетическую энергию.

Рассмотрим упругое столкновение двух тел A и B. Начнем с одномерного столкновения, при котором все скорости лежат на одной линии; мы выбираем эту линию как ось x. Тогда каждый импульс и скорость имеют только x-компоненту.Мы называем x-скорости до столкновения ν A1x и ν B1x , а после столкновения ν A2x и ν b2x . из закона сохранения кинетической энергии имеем:


и сохранение импульса дает

A1x ν A1x + M B ν B1x ν B1x = м A ν A2X + M B ν B2X
, если Массы М A и A и M B и начальные скорости ν A1X и ν B1x и ν B1x , мы можем решить эти два уравнения, чтобы найти два конечных скорости ν A2X и ν B2X .

Примеры неупругого столкновения

Упругие столкновения Одно тело изначально находится в состоянии покоя

Общее решение приведенного выше уравнения немного сложное, поэтому мы сосредоточимся на частном случае, когда тело B покоилось до столкновения (поэтому ν B1x  = 0). Думайте о теле Б как о цели, по которой тело А может поразить. Тогда уравнение сохранения кинетической энергии и импульса соответственно.


мы можем решить для ν A2x   и ν B2x   через массы и начальную скорость ν A1x .Это включает в себя довольно напряженную алгебру, но оно того стоит. Под лежачий камень вода на течет! Самый простой подход несколько косвенный, но попутно он раскрывает дополнительную интересную особенность упругих столкновений.

Теперь мы можем интерпретировать результат. Предположим, что тело A — это мяч для пинг-понга, а тело B — это шар для боулинга. Тогда мы ожидаем, что А отскочит после столкновения со скоростью, почти равной его первоначальному значению, но в противоположном направлении, и мы ожидаем, что скорость В будет намного меньше. Это как раз то, что предсказывают уравнения. когда m A намного меньше, чем m B , дробь в уравнении (9) приблизительно равна (-1), поэтому ν A2x . Дробь в уравнении (10) намного меньше единицы, поэтому ν B2x намного меньше, чем ν A1x . Противоположный случай, в котором A в шаре для боулинга и B в мяче для пинг-понга, а m A намного больше, чем m B . Что вы ожидаете, чем произойдет? Проверьте свои прогнозы по уравнениям (9) и (10).

Другой интересный случай имеет место, когда массы равны. Если m A = m B , то уравнения (9) и (10) дают ν A2x = 0 и ν B2x  = ν A1x . То есть тело, которое двигалось, останавливается замертво; он отдает весь свой импульс и кинетическую энергию телу, которое находилось в состоянии покоя. Такое поведение знакомо всем игрокам в бильярд.

Упругие столкновения и относительная скорость

Вернемся к более общему случаю, когда А и В имеют разные массы. Уравнения (8) можно записать в виде
ν A1x  = ν B2x   – ν A2x    …………….(11)

Здесь ν B2x – ν A2x скорость B относительно A после столкновения; из уравнения (11) это равно ν A1x , что является отрицательным значением скорости B относительно A до столкновения. Относительная скорость имеет одинаковую величину, но противоположный знак до и после столкновения. Знак меняется, потому что А и В сближаются до столкновения, но расходятся после столкновения.Если рассматривать это столкновение из второй системы координат, движущейся с постоянной скоростью относительно первой, то скорости тел различны, но относительные скорости одинаковы. Следовательно, наше утверждение об относительных скоростях справедливо для любого прямолинейного упругого столкновения, даже если ни одно из тел изначально не находится в покое. При прямолинейном упругом столкновении двух тел относительные скорости до и после столкновения имеют одинаковую величину, но противоположный знак. Это означает, что если B движется до столкновения, уравнение.(11) становится.

ν B2x  – ν A2x  = – (ν B1x  – ν A1x )   ………….(12)

Оказывается, векторное соотношение, подобное уравнению (12), является общим свойством всех упругих столкновений, даже когда оба тела движутся первоначально и скорости не все лежат вдоль одной и той же линии. Этот результат дает альтернативное и эквивалентное определение упругого столкновения: относительная скорость двух тел имеет одинаковую величину до и после столкновения.Всякий раз, когда это условие выполняется, полная кинетическая энергия также сохраняется.

Когда упругое столкновение двух тел происходит не лоб в лоб, скорости не лежат на одной прямой. Если все они лежат в плоскости, то каждая конечная скорость имеет две неизвестные составляющие, а всего неизвестных четыре. Энергия сохранения и сохранение x- и y-компонент импульса дают только три уравнения. Чтобы однозначно определить конечные скорости, нам нужна дополнительная информация, такая как направление или величина одной из конечных скоростей.

Связанные темы сравнения:

 

Для получения дополнительной информации:

Упругое столкновение

Типы силы с примерами

Импульс

Законы движения Ньютона

типа трения

Энергия и ее виды

Примеры кинетической энергии

В чем разница между ЭДС индукции и индукционным током?

Существует множество способов получения ЭДС индукции, показанной на одном из них.Рассмотрим прямой отрезок провода длиной l, помещенный в магнитное поле постоянного магнита. Провод подсоединен к чувствительному гальванометру. Это образует замкнутый путь или петлю без какой-либо батареи. Вначале, когда петля покоится в магнитном поле, гальванометр не показывает тока. Если мы переместим петлю слева направо, длина провода l протащится поперек магнитного поля, и через петлю пойдет ток. Как только петля перестанет двигаться, ток также прекратится.Теперь, если мы переместим петлю в противоположном направлении, ток также изменит свое направление. На это указывает отклонение гальванометра в противоположную сторону.
Индуцированный ток зависит от скорости, с которой движется проводник, и от сопротивления контура. Если мы изменим сопротивление контура, вставляя в контур различные резисторы, а его в магнитном поле каждый раз с одной и той же скоростью, то найдем, что произведение индуцированного тока I и сопротивления R контура останется постоянная, т.е.е.,
I ×R = постоянная
Это утверждение представляет собой ЭДС индукции. Эта индуцированная ЭДС приводит к индуцированному току, когда цепь замкнута. Ток можно увеличить на

  1. Использование более сильного магнитного поля
  2. Ускорение цикла
  3. Замена петли многовитковой катушкой

Если мы проведем вышеуказанный эксперимент другим способом, т. е. вместо того, чтобы перемещать петлю поперек магнитного поля, мы будем удерживать петлю неподвижно и перемещать магнит, то легко заметить, что результаты будут теми же. Таким образом, можно сделать вывод, что именно относительное движение петли и магнита вызывает включенную ЭДС.
В самом деле, это относительное движение изменяет магнитный поток через петлю, поэтому, если мы говорим, что ЭДС индукции возникает в петле, если магнитный поток через нее изменяется. Чем больше скорость изменения потока, тем больше ЭДС индукции.
Есть несколько других методов, описанных ниже, в которых ЭДС индуцируется в петле путем создания изменения магнитного потока через нее.

На рис. (а) показаны стержневой магнит и катушка с проволокой, к которой подключен гальванометр. Когда между магнитом и катушкой нет относительного движения, гальванометр показывает отсутствие тока в цепи. Как только стержневой магнит приближается к катушке, в ней возникает ток, как показано на рис. При перемещении магнита магнитный поток через катушку изменяется, и этот изменяющийся поток создает индукционный ток в катушке. Когда магнит удаляется от катушки, снова индуцируется ток, но уже в противоположном направлении. Ток также индуцировался бы, если бы магниты оставались неподвижными, а катушки двигались.
Существует еще один метод, при котором ток индуцируется в катушке путем изменения площади катушки в постоянном магнитном поле. В катушке постоянной площади, помещенной в постоянное магнитное поле, не индуцируется ток. Однако при искривлении катушки с целью уменьшения ее площади возникает ЭДС индукции и, следовательно, ток. Ток исчезает, когда площадь больше не меняется.Если искривленную катушку привести к ее первоначальной круглой форме, тем самым увеличив площадь, индуцируется противоположно направленный ток, который длится до тех пор, пока изменяется площадь.
индукция
Индуцированный ток может также генерироваться, когда катушка постоянной площади вращается в постоянном магнитном поле. Здесь также изменение магнитного потока через катушку показано на рисунке выше. Это основной принцип, используемый в электрических генераторах.
Очень интересный метод возбуждения тока в катушке заключается в изменении магнитного потока в соседней катушке.

Две катушки, расположенные рядом. Катушка Р соединена последовательно с батареей, реостатом и выключателем, а другая катушка S подключена только к гальванометру. Поскольку в катушке S нет батареи, можно было бы ожидать, что ток через нее всегда будет равен нулю. Теперь, если переключатель катушки P внезапно замкнут, мгновенный ток индуцируется в катушке S. Это показывает гальванометр, который внезапно отклоняется, а затем возвращается к нулю. Индуцированный ток не возникает в катушке S до тех пор, пока ток в катушке P постоянно течет.В момент размыкания ключа катушки Р в катушке S индуцируется противоположно направленный ток. На самом деле ток в P возрастает от нуля до максимального значения сразу после замыкания ключа. Ток падает до нуля при размыкании ключа. Из-за изменения тока магнитный поток, связанный с катушкой P, мгновенно изменяется. Этот изменяющийся поток также связан с катушкой S, что вызывает в ней индуцированный ток. Ток в катушке Р также можно изменять с помощью реостата.
Также можно связать изменяющийся магнитный поток с катушкой, используя электромагнит вместо постоянного магнита. Катушка помещена в магнитное поле электромагнита.

Катушка и электромагнит неподвижны. Магнитный поток через катушку изменяется за счет изменения тока электромагнита, в результате чего в катушке возникает индуцированный ток.

В чем разница между электрическим потенциалом и электрической потенциальной энергией?

Основное различие между электрическим потенциалом и электрической потенциальной энергией состоит в том, что электрический потенциал в точке в электрическом поле — это количество работы, совершаемой для перемещения единичного положительного заряда из бесконечности в эту точку, в то время как электрическая потенциальная энергия — это необходимая энергия. перемещать заряд против электрического поля.
Гравитационный потенциал в точке гравитационного поля представляет собой гравитационную потенциальную энергию единицы массы, помещенной в эту точку. Таким образом, электрический потенциал в любой точке электрического поля представляет собой электрическую потенциальную энергию единичного положительного заряда в этой точке.
Если W — это работа, совершаемая при перемещении единичного положительного заряда q из бесконечности в определенную точку поля, электрический потенциал V в этой точке определяется выражением:
   V = W/q
Отсюда следует, что электрический потенциал измеряется относительно некоторой точки отсчета, и подобно потенциальной энергии мы можем измерить только изменение потенциала между двумя точками.
Электрический потенциал является скалярной величиной. Его единицей измерения является вольт, который равен джоулю на кулон (Дж/Кл).
См. также: Виды зарядов

Определение вольта

Если один джоуль работы, совершаемой против электрического поля, чтобы перевести единичный положительный заряд из бесконечности в точку электрического поля, то разность потенциалов в этой точке будет равна одному вольту.

Электрическая потенциальная энергия

Чтобы применить закон сохранения энергии, нам нужно определить электрическую потенциальную энергию, потенциальную энергию можно определить только для консервативной силы.Работа, совершаемая консервативной силой при перемещении объекта между любыми двумя положениями, не зависит от выбранного пути. Электростатическая сила между любыми двумя зарядами консервативна, потому что зависимость от положения точно такая же, как гравитационная сила, которая является консервативной силой. Следовательно, мы можем определить потенциальную энергию для электростатической силы. 90 161 Мы знаем, что изменение потенциальной энергии между любыми двумя точками, a и b, равно отрицательному значению работы, совершаемой консервативной силой над объектом при его перемещении из точки a в точку b:

Δ П.Е = -W

Отсюда мы определяем изменение потенциальной энергии (P.Eb – PE a) при движении точечного заряда q из некоторой точки a в другую точку b. Как отрицательную работу, совершаемую электрической силой над зарядом при его движении из точка от а до б.
Например, рассмотрим электрическое поле между двумя одинаково, но противоположно заряженными параллельными пластинами. Мы предполагаем, что расстояние между ними мало по сравнению с их шириной и высотой, поэтому поле будет однородным на большей части области, как показано на рисунке:
Работа выполняется электрическим полем
при перемещении положительного заряда
из положения а в положение
b.
Теперь рассмотрим крошечный положительный заряд q, помещенный в точку «а» очень близко к положительной пластине. Этот заряд q настолько мал, что не влияет на электрическое поле E . Если этот заряд q в точке a высвободить, электрическая сила совершит работу над зарядом и ускорит его по направлению к отрицательной пластине. Работа, совершаемая электрическим полем E для перемещения заряда на расстояние d, равна:

 W= Fd =-qed

В этом случае электрическое поле однородно. В случае, который проиллюстрирован выше, разность потенциалов уменьшается, когда заряженная частица движется из точки а в точку b, кинетическая энергия частицы увеличивается на такую ​​же величину.
Согласно закону сохранения энергии электрическая потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию, а полная энергия сохраняется. Обратите внимание, что положительный заряд q имеет наибольшую потенциальную энергию в точке а вблизи положительной пластины. Обратное верно для отрицательного заряда, его потенциальная энергия максимальна вблизи отрицательной пластины.
См. также: Принцип работы и энергии
Видео о разнице между электрическим потенциалом и электрической потенциальной энергией

Похожие темы:

См. соответствующие темы по физике по ссылкам, приведенным ниже:

Объяснение урока: Разность электрических потенциалов

В этом объяснении мы узнаем, как определить разность электрических потенциалов и как разность электрических потенциалов на компоненте в цепи создает ток в этом компоненте.

Разность электрических потенциалов (или просто «разность потенциалов») — одно из самых важных понятий, которые мы используем, когда говорим об электричестве. Понимание разности потенциалов необходимо, если мы хотим описать, как работают цепи и электрические устройства.

Чтобы понять разницу потенциалов, нам нужно посмотреть, как заряд может течь в определенных материалах. Электрические устройства полагаются на поток заряда через компоненты. Этот поток заряда называется током .Материалы, пропускающие через себя ток (например, медь), известны как проводники .

Давайте подробнее рассмотрим, как ведут себя проводники. Проводник состоит из положительно заряженных атомных ядер (показаны красным) и отрицательно заряженных электронов (показаны синим). Атомные ядра неподвижны.

Напомним, что объекты с противоположными зарядами притягиваются друг к другу, а объекты с одинаковым зарядом отталкиваются. Во многих материалах отрицательные электроны сильно притягиваются к положительным ядрам, что означает, что каждый электрон остается тесно связанным с одним из неподвижных ядер.Но это не относится к проводникам! Проводники содержат электроны, способные свободно двигаться. Это означает, что когда мы говорим, что в проводнике есть ток , течет электронов .

Все электроны отрицательно заряжены , что означает, что они отталкиваются друг от друга. Это означает, что они стремятся рассредоточиться и держаться как можно дальше друг от друга.

Мы знаем, что поток электронов необходим для электрических устройств. Но какое заставляет течь электронов? Давайте представим, что мы добавили несколько дополнительных электронов на левый конец нашего проводника.

Теперь, когда мы добавили дополнительные электроны, мы можем видеть, что они «сгруппированы» слева. Все эти электроны отталкивают друг друга, поэтому они рассредоточиваются, чтобы уйти друг от друга. Хотя отдельные электроны могут двигаться с разной скоростью и в разных направлениях, существует общий поток электронов слева направо.

(Здесь можно вспомнить, что в физике часто говорят о « условный ток ». Условный ток определяется в направлении, противоположном реальному потоку электронов.Итак, в этом примере, где электроны текут вправо, мы бы сказали, что направление условного тока — влево.)

Итак, какое отношение все это имеет к разности потенциалов? Что ж, когда электроны «сгруппированы», мы видели, что они естественным образом рассредоточиваются, чтобы равномерно заполнить доступное пространство. В данном случае это заставляет электроны двигаться слева направо. Всякий раз, когда электроны заставляют двигаться из одной точки в другую, мы можем сказать, что между этими точками существует разность потенциалов .Другими словами, разность потенциалов описывает, как жесткие электроны перемещаются из одной точки в другую.

Разность потенциалов всегда измеряется между двумя точками. Когда между двумя точками существует разность потенциалов, это означает, что заряд будет стремиться перетекать из одной точки в другую. В этом примере «группирование» электронов, которые отталкивают друг друга, означает, что существует разность потенциалов между левым и правым концами проводника.

В этом случае, как только электроны переместились и рассредоточились, больше нет ничего, что заставляло бы их течь в каком-либо определенном направлении.Итак, как только это произошло, больше нет разности потенциалов между концами проводника.

Пример 1: Описание эффектов разности потенциалов внутри проводника

На рисунке показаны электроны и атомные ядра в сечении медной проволоки. Синие кружки представляют электроны, а красные кружки представляют атомные ядра.

Разность электрических потенциалов создается между левым и правым концами провода. Какое из следующих утверждений лучше всего описывает то, что произойдет в проводе?

  1. Ничего не произойдет.
  2. Электроны будут двигаться вне провода.
  3. Электроны будут двигаться к центру провода.
  4. Электроны начнут двигаться к одному концу провода.

Ответ

Во-первых, отметим, что провода являются проводниками. Это означает, что электроны в проводе могут свободно перемещаться по нему.

Глядя на схему, мы видим, что электроны более или менее равномерно распределены по всему проводнику. Это означает, что если мы просто следуем диаграмме, мы можем предположить, что ничего не произойдет!

Однако в этом вопросе нам сказали , что между левым и правым концами проводника возникает разность потенциалов.Нам не нужно знать, что является причиной этой разности потенциалов. Чтобы ответить на вопрос, нам нужно знать, как разность потенциалов повлияет на электроны в проводнике.

Напомним, что разность потенциалов всегда измеряется между двумя точками. Наличие разности потенциалов между этими двумя точками означает, что ток будет течь из одной точки в другую, если это возможно.

Тот факт, что нам говорят, что между двумя концами существует разность потенциалов, достаточен для того, чтобы сделать вывод, что электроны будут течь от одного конца провода к другому, если смогут, и их ничто не остановит.Другими словами, правильный вариант D: электроны начнут двигаться к одному концу провода.

Пример 2. Определение направления тока, вызванного разностью потенциалов

На рисунке показаны электроны и атомные ядра в отрезке медной проволоки. Синие кружки представляют электроны, а красные кружки представляют атомные ядра.

Разность электрических потенциалов создается между левым и правым концами провода. Это создает в нем электрический ток.Какая из стрелок лучше всего показывает направление тока в проводе?

Ответ

Здесь нам говорят, что между левым и правым концами показанного провода возникает разность потенциалов. Наличие разности потенциалов между двумя точками означает, что электроны будут стремиться течь из одной точки в другую. Другими словами, будет ток из одной точки в другую.

В этом случае, поскольку между концами провода существует разность потенциалов, мы знаем, что это создаст ток от одного конца провода к другому.Однако мы не знаем, какое направление это будет: правое или левое.

Глядя на варианты ответов, мы видим, что мы не можем выбрать вариант «слева». Это означает, что мы знаем, что правильный ответ iii: ток пойдет вправо.

Разность потенциалов измеряется в вольтах и ​​обозначается символом V. Мы также используем символ 𝑉 для обозначения разности потенциалов в уравнениях. По этой причине разность потенциалов часто называют «напряжением».

Некоторые устройства способны создавать разность потенциалов.Одной из самых распространенных в физике является ячейка . Мы можем думать о клетке как об устройстве, которое выталкивает электроны из одного вывода и притягивает их к другому.

Если мы соединим клеммы ячейки вместе с токопроводящим проводом, как показано на принципиальной схеме ниже, в проводе возникнет ток в направлении, указанном стрелками.

На следующей схеме показана та же цепь с подключенной к ней лампочкой.

Если к этой цепи подключить электрическую лампочку, то разность потенциалов между клеммами элемента будет создавать ток через лампочку, заставляя ее загореться.

Подавая разность потенциалов в цепь, ячейка должна совершить работу над электронами в цепи. Это еще один способ сказать, что клетка должна передать энергии электронам, чтобы они перемещались по цепи. Величина разности потенциалов, измеряемая в вольтах, описывает количество энергии, которое будет воздействовать на каждую единицу заряда, проходящего по цепи.

Вольт также можно выразить в джоулях (единица энергии) на кулон (единица заряда): 1=1/.VJC

Это означает, что, например, батарея с разностью потенциалов 9 вольт между ее клеммами будет расходовать 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который она перемещает по цепи. Ячейка с более высокой разностью потенциалов между ее клеммами будет выполнять больше работы на каждую единицу заряда: она сильнее толкает электроны и обычно производит больший ток.

Ключевые точки

  • Разность электрических потенциалов всегда измеряется между двумя точками. Он описывает, как жесткие электроны перемещаются из одной точки в другую.
  • Электроны в проводниках могут свободно перемещаться. Если между двумя точками есть разность потенциалов и эти точки соединены проводником, заряд будет течь от одной точки к другой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.