دسته‌ها
الکتریسیته ساکن الکتریسیته ساکن فیزیک سوم دبیرستان فیزیک یازدهم

انرژی پتانسیل الکتریکی

انرژی پتانسیل الکتریکی کاری است 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.

فرمول

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 (نیرویی که میدان الکتریکی به ذره باردار وارد می کند) و بردار جابجایی است .

 

مثال ۱: در یک میدان الکتریکی یکنواخت E=2000N/C پروتونی از نقطه A با سرعت اولیه v0 در خلاف جهت میدان الکتریکی پرتاب شده است.پروتون سرانجام در نقطه B متوقف می شود.

الف) تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی در این جابه جایی چند ژول است؟

ب) تندی پرتاب پروتون چند متر بر ثانیه است. ( از نیروی وزن وارد بر پروتون چشم پوشی کنید.)

ph11 s1 enerjypotencial 01 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

ویدیو آموزشی

ویدیو آموزشی زیر را که توسط استاد مصطفی کبیری از مبحث انرژی پتانسیل الکتریکی و پتانسیا الکتریکی آماده شده است،حتما مشاهده کنید.

 

تمرین ها

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 ؟

تمرین ۶: بار الکتریکی منفی ۴ میکروکولن در یک میدان الکتریکی یکنواخت از نقطه A به پتانسیل الکتریکی ۵ ولت به نقطه B منتقل می شود. اگر در این جابه جایی کار نیروی میدان الکتریکی ۸۰ میکروژول باشد، پتانسیل نقطه B چند ولت است؟

تمرین ۷: در میدان الکتریکی یکنواخت نشان داده شده در شکل روبرو به اندازه E=1.3×۱۰۵N/C ، بار الکتریکی q=-2×۱۰-۱۵C به جرم m=2×۱۰-۱۳Kg با نیروی خارجی F=3.6×۱۰-۱۰N از حال سکون از نقطه A به حرکت در می آید. اگر سرعت ذره در نقطه B ، به ۸m/s برسد، فاصله AB چند سانتی متر است؟(از نیروی وزن چشم پوشی کنید.)

ph11 s1 enerjypotencial 02 انرژی پتانسیل الکتریکی





کبیری

از 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 (نا تمام) 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 .

5 دیدگاه دربارهٔ «انرژی پتانسیل الکتریکی»

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

خیلی مطلب عالی بود.کاملا هم ساده و قابل فهم توضیح داده شده بود. خیلی ممنون

دیدگاهتان را بنویسید

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