電位エネルギーは、電荷を持つ少なくとも 2 つの物体間の相互作用に関連するエネルギーです。これが発生するには、複数の帯電体が必要ですが、媒体中に帯電体が 1 つだけ存在する場合、周囲の領域に電場と電位が生成され、近くに導入されたすべての物体に影響を与えます。 。
コンデンサでは、電気的な位置エネルギーは、コンデンサを構成する導体間に形成される静電容量と電圧に関連付けられます。 2 番目の電荷が移動して主電荷に近づいたり遠ざかったりすると、位置エネルギーが変化します。引力または反発はクーロンの法則によるため、この変化は電気力の仕事 と呼ばれます。
電位エネルギーの概要
- 電位エネルギーとは、帯電した物体の移動を、他の固定物体に存在する電荷の影響によって可能にするエネルギーです。
- 電位は、電荷の単位をある点から別の点に移動するのに必要なエネルギーに関連しています。
- コンデンサの電位エネルギーは、導体間に電荷を蓄積するのに必要な仕事を指します。
- 電気エネルギーは、受信機を機能させるために電流によって行われる仕事です。
- 電位エネルギーの変化に関係する量が仕事です。
電気的な位置エネルギーとは何ですか?
電位エネルギーは、少なくとも 2 つの帯電した物体間の相互作用から生じるエネルギーです。 距離を置いて離れている。ゼロ以外の電荷をもつ物体 (一次物体) が媒体内にある場合、その周囲に電場が生成され、同じく帯電している物体 (二次物体) がこの場に入ると引き付けられます (電荷を帯びた物体)。クーロンの法則(電気力) により、異なる符号 ) または反発 (同じ符号の電荷を持つ物体) します。
物体の電荷が大きいほど、電気的な位置エネルギーは大きくなります。一方、物体間の距離が離れるほど、物体間の相互作用は小さくなり、その結果、位置エネルギーは低くなります。この相互作用が発生すると、二次物体が引き付けられたり反発されたりして動き始めるため、電位エネルギーが運動エネルギーに変換され、さらにこれが別の種類のエネルギーに変換または散逸されます。
電位エネルギーは、エネルギーの一種であるため、スカラー量です。したがって、正または負の値になります。これは、システムを構成する物体の電荷の符号と、採用される基準によって決まります。計算上では。
電気的な位置エネルギーの公式は何ですか?
電気的位置エネルギー E pe (ジュール J) は、関係する物体の電荷 Q eq (クーロン C) の値と媒体の静電定数 K (真空の場合、9・10) に直接比例します。 9 N.m²/C² )、物体間の距離 d (メートル) に反比例します。
\(E_{pe}=\frac{K\cdot Q\cdot q}{d}\)
例：
12μCの電荷を帯びた物体が、真空と同様の静電定数を持つ領域に挿入されました。最初の物体から 1.5 メートルの位置に、2μC のテスト電荷が挿入されました。この相互作用から生じる電気的な位置エネルギーは何ですか?
応答：
データの抽出:
- Q = 12μC = 12・10 -6 ℃
- K = 9・10 9 N.m²/C²
- q = 2μC = 2・10 -6 C
- d = 1.5m
- エペ＝？
\(E_{pe}=\frac{K\cdot Q\cdot q}{d}=\frac{9\cdot{10}^9\cdot12\cdot{10}^{-6}\cdot2\cdot{ 10}^{-6}}{1,5}\)
\(E_{pe}=\frac{216\cdot{10}^{9+\left(-6\right)+\left(-6\right)}}{1,5}=\frac{216\ cdot{10}^{-3}}{1,5}=144\cdot{10}^{-3}\)
科学的表記法への変換:
\(E_{pe}=1.44\cdot{10}^{-1}J\)
電位×電位エネルギー
電位エネルギーは 2 つの帯電した物体間の相互作用に関連するエネルギーですが、電位 V (ボルトで測定され、V とも表されます) は、ある点から別の点への電荷の単位の輸送に関連するエネルギーです。
このように、電位は、ある領域における帯電体の存在に関係する量であり、その領域に第二の帯電体が挿入されると、位置エネルギーが発生する。電位 V は次式で表されます。
\(V=\frac{K\cdot Q}{d}\)
電位と電気的位置エネルギーを関連付けると、次の式が得られます。
\(E_{pe}=V\cdot q\)
例：
4nC テスト電荷が所定の電位で挿入されると、1.6・10 -3 J の電位エネルギーが生成されます。この可能性の価値は何でしょうか?
応答：
データの抽出:
- そして、 pe = 1.6 · 10 -3 J
- q = 4nC = 4・10 -9 C
- V = ?
\(E_{pe}=V\cdot q\)
\(1.6\cdot{10}^{-3}=V\cdot4\cdot{10}^{-9}\)
方程式の辺を反転すると、次のようになります。
\(V\cdot4\cdot{10}^{-9}=1.6\cdot{10}^{-3}\)
絶縁電位:
\(V=\frac{1.6\cdot{10}^{-3}}{4\cdot{10}^{-9}}=0.4\cdot{10}^{-3-\left (-9\右)}=0.4\cdot{10}^6\)
科学的表記法に変換すると、次のようになります。
\(V=4\cdot{10}^5V\)
コンデンサ内の電位エネルギー
コンデンサは、誘電体 (絶縁体) で分離された 2 つの平行な導体間に電荷を蓄積することを目的としたデバイスです。各導体には電位があります。各導体の電位間の差は U (ボルト V で測定) で表されます。したがって、電荷の存在により、電気的位置エネルギーが生じます。これは、静電容量 C (ファラデー F で測定) に関して次の式で説明できます。
\(E_{pe}=\frac{C\cdot U^2}{2}\)
\(U=V_A-V_B\)
蓄積された電荷 Q に関しては、方程式は別の形式に書き直すことができます。
\(E_{pe}=\frac{Q\cdot U}{2}\)
例：
平行平板コンデンサの極板間には 15 V の電位差があります。充電後の、電荷の存在によって生じる電位エネルギーは 45 J です。このコンデンサの静電容量値を計算します。
応答：
問題のあるデータを抽出します。
- U = 15V
- エペ＝45J
- C = ?
\(E_{pe}=\frac{CU^2}{2}\)
\(45=\frac{C\cdot{15}^2}{2}\)
2 に 45 を乗算すると、増強が解決されます。
\(90=C\cdot225\)
操作の両側が逆になります。
\(C\cdot225=90\)
\(C=\frac{90}{225}=0.4\ F\)
位置エネルギーの変化
二次電荷が移動すると、電気的な位置エネルギーの変化が発生します。それが引き付けられると、初期エネルギーと最終エネルギーの間の変化は正になります。位置エネルギーは主電荷と二次電荷の間の距離に反比例するため、反発すると負になります。古典力学によれば、エネルギーの変化は仕事 T であり、したがって、これもジュールで測定されます。
T = ΔE pe = E peA – E peB
A の位置と B の位置に位置エネルギーの公式を適用すると、仕事方程式は次のようになります。
\(T=K\cdot Q\cdot q\cdot\left(\frac{1}{d_A}-\frac{1}{d_B}\right)\)
例：
8 C の電荷を帯びた物体を模擬真空中に置き、-2 C の電荷をそこから 0.4 m 離れた場所に置きます。その後、2番目の突撃が最初の突撃に引き寄せられました。この情報を使用して、最初の物体から 0.1 m 離れるまで荷物を移動することによって行われる仕事を計算します。
応答：
問題のあるデータを抽出します。
- Q = 8℃
- q = -2℃
- K = 9・10 9 N.m²/C²
- d A = 0.4 m
- d B = 0.1 m
- T = ?
\(T=K\cdot Q\cdot q\cdot\left(\frac{1}{d_A}-\frac{1}{d_B}\right)=9\cdot{10}^9\cdot8\cdot\ left(-2\right)\cdot\left(\frac{1}{0,4}-\frac{1}{0,1}\right)\)
2 つの分数の間に減算があるため、結果の分母は初期分母の積となり、分子は初期分母を反転したものになります。
\(T=-144\cdot{10}^9\cdot\left(\frac{0.1-0.4}{0.04}\right)=-144\cdot{10}^9\cdot\ left(\frac{- 0.3}{0.04}\右)\)
2 つの負の符号を乗算しているため、結果は正になります。
\(T=\frac{43.2\cdot{10}^9}{0.04}=1080\cdot{10}^9\)
\(T=1.08\cdot{10}^{12}J\)
電位エネルギー×電気エネルギー
電位エネルギーは、2 つの異なる電位間の電荷の移動、つまり、導体なしで帯電した物体を点 A から B に移動させるのに必要な仕事に関連付けられます。次に、電気エネルギーは電流であり、ある電位から別の電位に移動し、そこで仕事を実行するために別の種類のエネルギーに変換されます。電気エネルギーが発生するには、電気エネルギーを別の種類のエネルギーに変換する導体と受信器が必要です。