الکتریسیته ساکنالکتریسیته ساکنفیزیک سوم دبیرستانفیزیک یازدهم

انرژی پتانسیل الکتریکی

انرژی پتانسیل الکتریکی : کاری که انجام میدهیم تا دو بار همنام را با سرعت ثابت به هم نزدیک کنیم ، یا دو بار ناهمنام را با سرعت ثابت از هم دور کنیم .

تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی یک ذره باردار در میدان الکتریکی E در یک جابجایی مشخص برابر منفی کار انجام شده توسط نیروی الکتریکی در همان جابجایی است یعنی :

ph3 s2 4 potansiel 6 انرژی پتانسیل الکتریکی

که در آن تتا زاویه بین نیروی الکتریکی و بردار جابجایی است .

مثال ۱ : بار الکتریکی q=12mc در میدان الکتریکی یکنواخت E مطابق شکل از A تا B و سپس از B به C با سرعت ثابت جابجا می شود . تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی بار q را حساب کنید .

ph3 s2 4 potansiel 3 انرژی پتانسیل الکتریکی

حل مثال ۱ :

ph3 s2 4 potansiel 2 انرژی پتانسیل الکتریکی

مثال ۲: در میدان الکتریکی یکنواخت نشان داده شده در شکل ، الکترونی از نقطه A با سرعت V0 پرتاب شده است . الکترون سرانجام در نقطه B متوقف می شود .

ph3 s2 4 potansiel 24 انرژی پتانسیل الکتریکی

حل مثال ۲:

ph3 s2 4 potansiel 25 انرژی پتانسیل الکتریکی

اختلاف پتانسیل الکتریکی :

ph3 s2 4 potansiel 7 انرژی پتانسیل الکتریکی

یعنی اختلاف پتانسیل الکتریکی به بار الکتریکی بستگی ندارد .

برای میدان الکتریکی یکنواخت بین دو صفحه خازن ، زاویه تتا یا صفر است یا ۱۸۰ ، بنابراین خواهیم داشت

ph3 s2 4 potansiel 8 انرژی پتانسیل الکتریکی

که از این رابطه ، یکای دیگری برای میدان الکتریکی بدست می آید که ولت بر متر می باشد .

ph3 s2 4 potansiel 9 انرژی پتانسیل الکتریکی

نکته : اگر در جهت خط های میدان جابجا شویم ، پتانسیل الکتریکی کاهش می یابد .

نکته : پتانسیل نقطه ای از مدار را که به زمین متصل است را صفر در نظر می گیریم .و به آن پتانسیل نقطه زمین می گویند .

مثال ۳ : در شکل زیر پتانسیل و بزرگی میدان الکتریکی نقاط A و B و C را با هم مقایسه کنید .

ph3 s2 4 potansiel 5 انرژی پتانسیل الکتریکی

پاسخ مثال ۳ : میدان الکتریکی بین دو صفحه خازن ، یکنواخت است بنابراین

ph3 s2 4 potansiel 10 انرژی پتانسیل الکتریکی

در جهت خطوط میدان یعنی از مثبت به منفی ، پتانسیل کاهش می یابد بنابراین خواهیم داشت

ph3 s2 4 potansiel 11 انرژی پتانسیل الکتریکی

نکته : بار الکتریکی مثبت خود به خود از پتانسیل بیشتر (صفحه با بار الکتریکی مثبت) به پتانسیل کمتر (صفحه با بار الکتریکی منفی) منتقل می شود . بنابراین در این جابجایی کار را میدان الکتریکی انجام می دهد و و تغییر انرژی پتانسیل منفی خواهد بود . ولی اگر در خلاف جهت میدان این بار جابجا شود ، کار توسط نیروی خارجی انجام شده است و تغییر انرژی پتانسیل مثبت خواهد بود .

وقتی می گوییم باتری خودرو ۱۲ ولت است ، یعنی اختلاف پتانسیل الکتریکی بین پایانه های منفی و مثبت آن برابر ۱۲ ولت است . اگر پتانسیل پایانه منفی را با V و پتانسیل پایانه مثبت را با V+ نشان دهیم خواهیم داشت :

ph3 s2 4 potansiel 22 انرژی پتانسیل الکتریکی

یعنی پتانسیل پایانه مثبت آن به اندازه ۱۲ ولت از پتانسیل پایانه منفی آن بیشتر است . مثلا اگر پتانسیل پایانه منفی را برابر با  -۴V  فرض کنیم ، آنگاه پتانسیل پایانه مثبت آن +۸V است .

کار انجام شده توسط نیروی خارجی :

فرض کنید در یک میدان الکتریکی ذره ای با بار q را با اعمال نیرویی از نقطه ای به نقطه ی دیگر جابه جا کنیم . در حین این حرکت ، نیروی خارجی (ما) کار Wext را روی بار انجام می دهد ، در حالی که نیروی الکتریکی نیز کار WE را روی آن انجام داده است . با استفاده از قضیه کار – انرژی ، تغییر انرژی جنبشی بار q چنین می شود :

ph3 s2 4 potansiel 23 انرژی پتانسیل الکتریکی

تمرین ۱: ذره ای با بار الکتریکی ۲ میکروکولن در میدان الکتریکی یکنواخت E از A تا B و سپس از B به C منتقل می گردد .

ph3 s2 4 potansiel 4 انرژی پتانسیل الکتریکی

الف) تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی بار در این جابجایی را حساب کنید .

ب) اختلاف پتانسیل بین دو نقطه A و C را بیابید .

تمرین ۲: اگر بار الکتریکی ۵- میکروکولن را در داخل میدان الکتریکی از نقطه A با پتانسیل ۲ ولت به نقطه ی B با پتانسیل ۴- ولت منتقل نماییم .انرژی پتانسیل الکتریکی آن به اندازه ی ………………… میکروژول ………………..(افزایش-کاهش) می یابد .

تمرین ۳: کدامیک از گزینه های زیر در مورد مقایسه پتانسیل الکتریکی و بزرگی میدان الکتریکی دو نقطه A و B صحیح است ؟

ph3 s2 4 potansiel 12 انرژی پتانسیل الکتریکی

تمرین ۴: در میدان الکتریکی یکنواخت نشان داده شده در شکل زیر ، ذره ای با بار الکتریکی q=+2nc از نقطه A تا نقطه B جا به جا می شود .

ph3 s2 4 potansiel 21 انرژی پتانسیل الکتریکی

الف) انرژی پتانسیل الکتریکی این ذره در این جابه جایی افزایش می یابد یا کاهش ؟

ب) اگر بخواهیم این ذره را از نقطه B به A برگردانیم ، کاری که باید انجام دهیم مثبت است یا منفی ؟

ج) اگر به جای بار قبلی بار q=-4nc مسیر A تا B را طی کند ، با نوشتن رابطه ای مناسب بیان کنید اختلاف پتانسیل الکتریکی بین این دو نقطه نسبت به حالت اولیه چه تغییری می کند ؟

 

تمرین ۵: بار نقطه ای ۵ میکرو کولنی به جرم ۲g را در یک میدان الکتریکی یکنواخت افقی به بزرگی ۲۰۰۰N/C رها می کنیم . تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی بار پس از طی جا به جایی ۱۵cm چند میلی ژول است ؟

حل تمرین ها  :

 

برچسب ها

کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

مطالب مشابه

3 دیدگاه در “انرژی پتانسیل الکتریکی”

  1. سلام درباره نقاط هم پتانسیل میخوام بدونم و تویه یک مدار الکتریکی با خازن و مقاومت منظور از نقاط هم پتانسیل چیه

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همچنین ببینید

بستن
بستن