انرژی پتانسیل الکتریکی

انرژی پتانسیل الکتریکی


با صرف انرژی و انجام کار، می‌توان جسمی به جرم m را از سطح زمین تا ارتفاع h بالا برد.

انرژی‌ای که صرف بالا بردن جسم ( با سرعت ثابت ) شده است، به صورت انرژی پتانسیل گرانشی ( u = mgh  ) در آن ذخیره می‌شود.

انرژی پتانسیل کشسانی نیز در شناخت انرژی پتانسیل الکتریکی ما را یاری می‌کند، وقتی فنری را به آرامش فشرده می‌کنیم یا می‌کشیم، کار انجام شده به صورت انرژی پتانسیل کشسانی در فنر ذخیره می شود. در این جا می‌خواهیم با انرژی پتانسیل الکتریکی بیشتر آشنا شویم.

دو ذره ی باردار بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند و وقتی دو ذره ی باردار را که بار هم نام دارند با سرعت ثابت به یکدیگر نزدیک می‌کنیم برای غلبه بر نیروی رانشی آن ها باید کار را انجام دهیم و یا اگر بخواهیم دو ذره‌ی باردار را که بار غیر هم نام دارند با سرعت ثابت از هم دور کنیم، باز هم باید کار را انجام دهیم.

کار انجام شده به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی دربارهای الکتریکی ذخیره می‌شود.

در این جا، کاری که ما انجام می‌دهیم مثبت است و انرژی مصرفی ما به صورت انرژی پتانسیل الکتریکی در بار الکتریکی q ذخیره می شود. هر چه اندازه ی جابجایی بیشتر باشد کار و انرژی مصرفی ما بیشتر می شود و درنتیجه افزایش انرژی پتانسیل الکتریکی بار q بیشتر می‌شود درست مانند وفتی که یک جسم را روی زمین، از یک نقطه به نقطه ی بالاتری می‌بریم و انرژی پتانسیل گرانشی آن افزایش می‌یابد. اگر بار الکتریکی q را در نقطه‌ای رها کنیم، در جهت خط‌های میدان به حرکت در می‌اید و انرژی پتانسیل الکتریکی آن به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. مانند : وقتی که یک جسم را از نقطه‌ی بالای زمین رها می‌کنیم و جسم به پایین حرکت می‌کند.

در این حالت انرژی پتنانسیل گرانشی آن کاهش می یابد و به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. بنابراین تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی یک بار الکتریکی وقتی آن را در یک میدان الکتریکی جابه‌جا می‌کنیم، برابر انرژی‌ای است که برای جابجایی آن بار الکتریکی مصرف می شود.

( u = w   )

اگر کاری که ما برای جابجایی بار الکتریکی ( با سرعت ثابت ) انجام می‌دهیم مثبت باشد    (0w > ) انرژی پتانسیل بار افزایش می‌یابد یعنی ۰ > u  و u > u می‌شود.

در صورتی که کار انجام شده توسط ما منفی می شود. (0w > ) انرژی پتانسیل بار الکتریکی کاهش می‌یابد.             یعنی : ۰ < u   و u < u  است.

اختلاف پتانسیل الکتریکی

بار الکتریکی در میدان الکتریکی دارای انرژی پتانسیل الکتریکی است. در یک نقطه ی میدان، اندازه ی انرژی پتانسیل الکتریکی بار یواقع در آن نقطه، به اندازه ی بار الکتریکی بستگی دارد.

هر چه اندازه‌ی بار الکتریکی بیشتر باشد، انرژی پتانسیل الکتریکی ان نیز بیشتر می‌شود.

در مبحث الکتریسیته معمولا به غیر از انرژی پتانسیل مفهوم دیگری نیز تعریف می‌شود که کاربرد علمی آن بیشتر است و به آن پتانسیل الکتریکی می‌گویند. اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه‌ی واقع در میدان الکتریکی، عامل شارش بار الکتریکی بین آن دو نقطه است.

اگر دو ظرف آب به یکدیگر مربوط شوند آب از ظرفی که انرژی پتانسیل گرانشی یکای جرم آن بیشتر است، به ظرف دیگر شارش می‌کند، در الکتریسیته نیز عامل شارش بار الکتریکی به کمک اختلاف پتانسیل الکتریکی یکای بار در دو نقطه به صورت زیر تعریف می‌شود :

اختلاف پتانسیل الکتریکی دو نقطه، برابر تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی یکای بار الکتریکی مثبت است، وقتی یکای بار الکتریکی بار از نقطه‌ی اول تا نقطه دوم جابجا می شود.

بنابراین اگر انرژی پتانسیل الکتریکی بار مثبت q در یک نقطه‌ی میدان برابر u باشد، اختلاف پتانسیل الکتریکی بین این دو نقطه، که با نماد v   نشان داده می‌شود. اگر بار الکتریکی مثبت در جهت میدان الکتریکی حرکت کند، انرژی پتانسیل الکتریکی آن کاهش می‌یابد. تغییر پتانسیل الکتریکی به تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی بستگی دارد. بنابراین نتیجه می‌گیریم که هرگاه بار الکتریکی مثبت در جهت میدان الکتریکی جابجا شود، از پتانسیل الکتریکی بیشتر به پتانسیل الکتریکی کمتر رفته است.

ذخیره ی بار الکتریکی در خازن

وقتی به یک خازن مقداری بار الکتریکی داده شود می‌گوییم در خازن بار الکتریکی ذخیره شده است برای ذخیره ی بار الکتریکی در خازن به مولدی مانند یک باتری نیاز است. ابتدا دو صفحه‌ی خازن را با سیم های رابط و یک کلید به پایانه‌های مولد وصل می کنیم. با بستن کلید باتری بار الکتریکی –q را روی صفحه ی متصل به پایانه های منفی انباشته می‌کند . بار –q  با +q را روی صفحه‌ی مقابل القا می‌کند. بارهای منفی رانده شده از این صفحه به مولد برمی‌گردند. برای روشن شدن موضوع به ساز و کار نیاز است.

هر چه اختلاف پتانسیل پایانه های مولد بیشتر باشد، بار ذخیره شده در خازن نیز بیشتر می شود و نسبت بار الکتریکی خازن q به اختلاف پتانسیل بین دو صفحه‌ی آن یعنی نسبت  در آزمایش‌های مختلف ثابت می‌ماند این نسبت را که به اندازه‌ی بار الکتریکی خازن و نیز به اختلاف پتانسیل دو سر آن بستگی ندارد با نماد c نشان می‌دهیم و به آن ظرفیت خازن می‌گوییم.

« به نام خدای خوبی ها »

موضوع :

الکتریسیته ساکن

نام : یاسمن شیری

دبیر مربوطه :

یونسی

منبع :

فیزیک ۳

سال ۸۶ – ۸۵

درباره نویسنده

شبکه دانش

آماده همکاری با تولیدکنندگان و واردکنندگان محترم::09138264107 رد کردن

Cart Item Removed. Undo
  • No products in the cart.