18. Что означает, что электрическое поле является потенциальным? Дайте определение понятию электрического потенциала данной точки поля.
Электрическое поле называется потенциальным, если работа, которую совершает поле над зарядом, при перемещении его по любому замкнутому пути равняется нулю. Кроме этого определения, часто используют и другое эквивалентное определение.
Электрическое поле называется потенциальным, если работа по перемещению заряда между любыми точками 1 и 2 не зависит от формы пути, а зависит только от положения начальной и конечной точек пути.
Для потенциального поля вводят и широко используют понятие электрического потенциала.
Электрическим потенциалом
данной точки поля называется работа,
которую нужно затратить, чтобы переместить
положительный единичный заряд из
бесконечности в данную точку поля. О
потенциале можно сказать и по-другому:
это работа
,
которую затрачивает поле, перемещая
единичный положительный заряд из данной
точки поля в бесконечность.
19. Дайте определение понятию электрического потенциала данной точки поля. В каком виде наглядно представляют график зависимости потенциала (или потенциальной энергии) от координат? Что такое эквипотенциальные поверхности поля точечного заряда?
Электрическим потенциалом данной точки поля называется работа, которую нужно затратить, чтобы переместить положительный единичный заряд из бесконечности в данную точку поля. О потенциале можно сказать и по-другому: это работа , которую затрачивает поле, перемещая единичный положительный заряд из данной точки поля в бесконечность.
В этой связи удобно поле, создаваемое заряженным телом (зарядом) или несколькими телами наглядно представлять в виде потенциальной диаграммы – графика зависимости потенциала (или потенциальной энергии) от координат.
Точки, в которых потенциал имеет заданное фиксированное значение, располагаются на поверхностях, называемых эквипотенциальными поверхностями.
20. В каком направлении наиболее быстро меняется потенциал при переходе от одной эквипотенциальной поверхности к другой? Какой вектор, имеющий направление наиболее быстрого возрастания потенциала характеризует изменение потенциала? Для каких направлений быстрее всего меняется потенциал в случае электрического поля точечного заряда, если его эквипотенциальные поверхности, представляют сферы (круги)?
Изменение потенциала при переходе от одной эквипотенциальной поверхности к другой наиболее быстро меняется в направлении, соединяющем эти поверхности. То есть самым коротким из всех направлений является тот путь, который нормален (перпендикулярен) к эквипотенциальной поверхности. Следовательно, наиболее быстро потенциал меняется вдоль линии, которая определяет напряженность. Для эквипотенциальных поверхностей электрического поля точечного заряда, которые представляют сферы (круги), потенциал быстрее всего меняется вдоль прямых исходящих из центра сферы (круга). Поэтому линии напряженности электрического поля – исходящие из центра лучи.
21. Что такое потенциальная энергия заряда и как она связана с потенциалом той точки поля, где заряд находится. Чему равна потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов, находящихся на расстоянии в пустоте? Куда направлены силы электрического поля? В каком случае потенциальная энергия взаимодействия двух зарядов положительна, отрицательна и равна нулю?
Потенциальной энергией тела
называют ту работу, которую нужно
затратить, чтобы переместить это тело
из бесконечности в данную точку. При
этом работа не зависит от формы пути.
Потенциальная энергия заряда простым
образом связана с потенциалом той точки
поля, где заряд находится. Поскольку
потенциал есть работа перенесения
единичного заряда, то потенциальная
энергия равна произведению заряда
на потенциал
.
То есть, потенциальная энергия заряда
в электростатическом потенциальном
поле равна
.
. Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов, находящихся на расстоянии в пустоте, равна
.
Обратите внимание на то, что силы электрического поля всегда направлены в сторону уменьшения потенциальной энергии. Отталкивающиеся одноименные заряды стремятся увеличить взаимное расстояние, то есть уменьшить их положительную энергию. Притягивающиеся разноименные заряды стремятся сблизится, а сближение приводит снова-таки к уменьшению потенциальной энергии.
22. Представьте, что в какую-то точку исследуемого электростатического поля попадает пылинка (или молекула газа), имеющая положительный заряд. Объясните, что будет происходить с пылинкой имеющей отрицательный заряд в электростатическом поле.
Вывод. Если в какую-нибудь точку электростатического поля, созданного положительным зарядом, попадает пылинка (или молекула газа), имеющая положительный заряд, то за счет взаимодействия с электрическим полем она будет удалена на бесконечность.
23. Представьте, что в какую-то точку исследуемого электростатического поля попадает пылинка (или молекула газа), имеющая отрицательный заряд. Объясните, что будет происходить с пылинкой имеющей отрицательный заряд в электростатическом поле.
Вывод. Если в какую-нибудь точку электростатического поля, созданного положительным зарядом, попадает пылинка (или молекула газа), имеющая отрицательный заряд, то за счет взаимодействия с электрическим полем она будет притянута к заряду на очень малое расстояние.