مقاطع تحصیلی
جستجو در منظومه
فصل 1+ q 1 + q 2 7 ـ1 انرژى پتانسىل الکترىکىشکل ــ1 21 ّ ذر ه ٔ باردار + q 2 در دو ّ ذر ٔ ه باردار الکتریکی شکل 21ــ1 را درنظر بگیرید که در آن، بار + q 1 در جای خود ثابت و بار+ میدان رها شده الکتریکی است. فضای اطراف بار + q 2 در فضای اطراف آن رها شده است. می‌دانیم بار + q 2 بر اثر میدان الکتریکی حاصل از بار + q 1 ازq 1 آن رانده و دارای انرژی جنبشی می‌شود. طبق قانون پایستگی انرژی، انرژی جنبشی نمی‌تواند خودبه خود به وجود آمده باشد. به نظر شما این انرژی جنبشی از کجا آمده است؟ این انرژی، ناشی از تغییر+ + + + (در اینجا کاهش) انرژی پتانسیلی است که به نیروی الکتریکی بین دو ّ ذر ٔ ه شکل 21ــ1 وابسته است+ → E و همان طور که در کتاب فیزیک سال دهم دیدید به آن انرژی پتانسیل الکتریکی می‌گوییم. برای آنکه→ E = qE → F به توصیفی ّ کم ی از این انرژی دست یابیم، میدان الکتریکی یکنواختی را مطابق شکل 22ــ1 درنظرd → می‌گیریم که در فضای میان دو ٔ صفحه باردار برقرار شده است.اگر بار الکتریکی + q را از مجاورت صفحه مثبت رها کنیم، تحت تأثیر میدان الکتریکی (با+ چشم پوشی از گرانش)، به طرف ٔ صفحه منفی شروع به حرکت می‌کند و به تدریج تندی و انرژی جنبشی– – – – آن افزایش می‌یابد. این وضعیت، شبیه چیزی است که در کتاب فیزیک سال دهم دیدیم. در آنجا نیزشکل ــ1 22 ّ ذر ه ٔ باردار + q در میدان مشاهده کردیم که وقتی جسمی‌به جرم m از ارتفاع h رها می‌شود، جسم رو به پایین حرکت کرده وبه تدریج الکتریکی بر انرژی یکنواخت رها جنبشی آن می‌شود و افزوده انرژی جنبشی آن بر اثر کاهش انرژی پتانسیل گرانشی به تدریج افزایش می‌یابد (شکل .)23ــ1 همچنینمی‌شود (از نیروی گرانشی چشم پوشی دیدیم که کار نیروی گرانشی برابر با ِ منفی تغییر انرژی پتانسیل گرانشی است (W g = - ΔU g .)شده است). در اینجا نیز می‌توان گفت: کار نیروی الکتریکی وارد بر یک ّ ذر ٔ ه باردار در میدان الکتریکی یکنواخت→ E در یک جابه جایی مشخص برابر با ِ منفی تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی در همان جابه جایی است؛ یعنی:)7ــ1(E ΔU - = E Wg → F = m → گرچه این رابطه برای یک میدان الکتریکی یکنواخت بیان شد، ولی می‌توان نشان داد که در حالتh کلی نیز برای هر میدان الکتریکی برقرار است.بار ّ ذر ه ای q را در میدان الکتریکی یکنواخت → E درنظر بگیرید که جابه جایی d → را موازی میدانالکتریکی، انجام می‌دهد (شکل .)22ــ1 طبق تعریف کار که در سال قبل دیدید،کار انجام شده توسطشکل ــ1 23 جسم در میدان گرانشی نیروی الکتریکی ثابت E → F در طی جابه جایی d → از ٔ رابطه زیر به دست می‌آید:بر انرژی یکنواخت زمین جنبشی رها آن می‌افزوده شود و می‌به شود. تدریج d = F E d cos θ E W = (θ cos E F)با توجه به اینکه F E = q E است، این رابطه به صورت زیر می‌شود:θ cos d E | q | = E Wاکنون با استفاده از ٔ رابطه 7ــ1 تغییر انرژی پتانسیل الکتریکی بار ّ ذر ه ای q چنین محاسبه می‌شود:)8 ــ1(θ cos d E | q -| = E W - = E ΔUکه در آن، θ ٔ زاویه بین نیروی E → F و جابه جایی d → است. (در این کتاب، در استفاده از ٔ رابطه ،8 ــ1صرفاً با جابه جایی های هم راستا با میدان الکتریکی و یا عمود بر میدان الکتریکی سر و کار خواهیم20