Чем отличается потенциальная энергия от энергии пробного заряда за счет электрического поля?

Мы изучаем электростатический курс на уроке физики, и мне было интересно узнать о некоторых вещах, связанных с потенциалом, потенциальной энергией и электрическим полем. Представьте себе две одинаковые частицы с противоположными зарядами, разделенные расстоянием г . В середине двух зарядов половина г , туда помещается пробный заряд. Пробный заряд начинает двигаться вправо, предполагая, что отрицательный заряд находится справа, а положительный — слева. Но если бы мы рассчитали потенциал в этой точке, он был бы равен нулю, что также подразумевает отсутствие энергии. Однако частица ускоряется вправо до отрицательного заряда с некоторой энергией. Откуда взялась эта энергия? Вы можете просто ответить на этот вопрос, сказав, что энергия исходит из электрического поля, потому что движение вызвано электрическим полем (или силой притяжения и отталкивания, создаваемой каждым зарядом). Тогда что мы подразумеваем под нулевым потенциалом/потенциальной энергией? О какой энергии мы говорим, когда говорим о потенциальной энергии или о кинетической энергии частицы, вызванной электрическим полем? разве

Я думаю, что вы упускаете критический момент здесь. Если пробная частица начинает двигаться из неподвижного положения, то на нее должна действовать сила. В случае двух неподвижных противоположно заряженных частиц электрическое поле между ними НЕ равно нулю, поскольку Е "=" − ∇ ф ≠ 0 во всех точках между частицами.
@sammygerbil - Но я знаю, что электрическое поле не равно нулю (производная отрицательного потенциала не равна нулю). Там такой вопрос задан. Мой вопрос заключается в том, в чем разница между энергией потенциала и энергией, вызванной электрическим полем для перемещения пробного заряда.

Ответы (3)

Говорить, что потенциальная энергия в этой точке равна нулю, не имеет особого смысла.

Имеют значение только различия в потенциальной энергии .

  • Представьте мяч на полу. Потенциальная энергия гравитации равна нулю. Но только потому, что пол является нашим ориентиром. Если в полу есть дыра, то мяч скатится туда, потому что в этом положении гравитационный потенциал ниже .

Гравитационная потенциальная энергия в дыре отрицательна. Само по себе это не имеет особого смысла. Это ничего нам не говорит. Имеет значение только разница по сравнению с какой-то другой точкой.

  • Мяч не покатится в какую-либо другую точку на том же полу, потому что потенциалы одинаковы. И мяч на полке также не покатится в другую точку этой полки, даже если обе эти точки обладают гравитационной потенциальной энергией, потому что разница равна нулю.

Аналогично для электрических потенциалов. Если вы рассчитываете нулевой электрический потенциал в начальной точке заряда, то это происходит потому, что вы используете эту же точку в качестве точки отсчета. Одно это тебе ни о чем не говорит. Но заряд видит, что потенциал становится ниже, если он приближается к источнику. Итак, он начинает двигаться. Потенциал становится отрицательным, если смотреть из той же ссылки. Это ни о чем не говорит само по себе. Только разница важна.

Итог: всякий раз, когда существует разность потенциалов, существует сила, пытающаяся заставить объект двигаться. Независимо от реальных значений потенциальной энергии.

Сначала нужно отметить две вещи:

(а) Значение потенциала в точке Р само по себе не имеет никакого отношения к тому, будет ли перемещаться заряд, первоначально находившийся в покое, от этой точки. Что имеет значение, так это разность потенциалов между этой точкой и соседними точками. Положительный «пробный» заряд в точке P будет испытывать силу в направлении наибольшего падения потенциала относительно P. Математически напряженность электрического поля связана с градиентом потенциала соотношением

Е → "=" − выпускник →   ( В )

(b) Для физики не было бы никакой разницы, если бы мы прибавляли или вычитали одно и то же постоянное значение к потенциалам каждой точки. Таким образом, нет большого значения в том, что потенциал равен нулю на полпути между зарядами источника. Важны только различия в потенциале.

Кинетическая энергия пробного заряда действительно исходит от электрического поля. Когда заряд удаляется от этой средней точки, он теряет потенциальную энергию и приобретает кинетическую энергию. Эквивалентно, над ним совершается работа силой, которую он испытывает от электрического поля.

Потенциал – это потенциальная энергия пробного заряда, деленная на пробный заряд. Вы также можете подумать о пробном заряде, имеющем заряд 1. В вашем примере с двумя зарядами с противоположным знаком вы используете закон Кулона для потенциала (или потенциальной энергии) пробного заряда. Вы также предполагаете, что потенциал равен нулю на бесконечности, так что на нормальной плоскости, проходящей через середину линии, соединяющей заряды, потенциал также равен нулю. Вы должны иметь в виду, что потенциал и потенциальная энергия определяются только с точностью до произвольной константы, потому что электрическое поле (и, следовательно, сила на пробном заряде) определяется отрицательным градиентом потенциала, и энергетически важны только разности потенциалов. . Выбор потенциального нуля на бесконечности - это только один выбор произвольной константы, вы можете добавить произвольную константу к электростатическим кулоновским потенциалам. Тогда потенциал (и потенциальная энергия пробного заряда) в средней плоскости был бы не нулевым, а постоянным.

Чем отличается потенциальная энергия от энергии пробного заряда за счет электрического поля?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v