جواب تمرین ۱-۹ صفحه ۲۵ فیزیک (2) - ریاضی فیزیک

بازگشت به صفحه کتاب

فیزیک (2) - ریاضی فیزیک

فیزیک (2) - ریاضی فیزیک | ۱ـ۸ پتانسیل الکتریکی

صفحه ۲۵
سؤال 1

الف) نشان دهید در یک میدان الکتریکی یکنواخت، با حرکت در سوی خطوط میدان، بدون توجه به نوع بار، پتانسیل الکتریکی کاهش می‌یابد و بالعکس با حرکت در خلاف جهت خطوط میدان، بدون توجه به نوع بار، پتانسیل الکتریکی افزایش می‌یابد.
ب) نشان دهید در میدان الکتریکی یکنواخت، با حرکت در جهت عمود بر خطوط میدان، پتانسیل الکتریکی تغییر نمی‌کند.

پاسخ

پاسخ:

الف) طبق رابطهٔ ۱-۹ داریم \(\Delta V = \dfrac{\Delta U_E}{q}\). از طرفی تغییر انرژی پتانسیل برابر منفی کار نیروی الکتریکی است: \(\Delta U_E = -W_E\). کار نیروی الکتریکی روی بار \(q\) (با علامت آن) در میدان یکنواخت \(\vec{E}\) برابر است با:

\[W_E = qEd\cos\theta\]

که در آن \(\theta\) زاویهٔ میان \(\vec{E}\) و جابه‌جایی \(\vec{d}\) است. پس:

\[\Delta U_E = -qEd\cos\theta\]

و با تقسیم بر \(q\):

\[\Delta V = \frac{\Delta U_E}{q} = \frac{-qEd\cos\theta}{q} = -Ed\cos\theta\]

با توجه به اینکه \(q\) در نهایت حذف شد، نتیجه به نوع بار بستگی ندارد.

  • اگر در جهت خطوط میدان جابه‌جا شویم، \(\theta = 0^\circ\) و \(\cos 0^\circ = 1\):

\[\Delta V = -Ed < 0 \Rightarrow V_2 < V_1\]

یعنی پتانسیل کاهش می‌یابد.

  • اگر در خلاف جهت خطوط میدان جابه‌جا شویم، \(\theta = 180^\circ\) و \(\cos 180^\circ = -1\):

\[\Delta V = +Ed > 0 \Rightarrow V_2 > V_1\]

یعنی پتانسیل افزایش می‌یابد.

بنابراین در میدان الکتریکی یکنواخت، با حرکت در سوی خطوط میدان پتانسیل کاهش و با حرکت در خلاف جهت خطوط میدان پتانسیل افزایش می‌یابد، و این موضوع به نوع بار بستگی ندارد.

ب) در این حالت جابه‌جایی \(\vec{d}\) بر خطوط میدان عمود است، پس زاویهٔ میان \(\vec{E}\) و \(\vec{d}\) برابر \(\theta = 90^\circ\) است. با قرار دادن این مقدار در رابطهٔ به دست آمده در بخش الف داریم:

\[\Delta V = -Ed\cos 90^\circ = -Ed \times 0 = 0\]

یعنی:

\[V_2 = V_1\]

بنابراین در میدان الکتریکی یکنواخت، با حرکت در جهت عمود بر خطوط میدان، پتانسیل الکتریکی تغییر نمی‌کند.

فعالیت‌های این فصل
همه فعالیت‌های «الکتریسیتهٔ ساکن» اینجاست.

تمرین ۱-۹

|

صفحه ۲۵
در حال مشاهده
صفحه ۲۵