Организационный момент
Актуализация опорных знаний
Темой сегодняшнего урока будет ещё одна характеристика электрического поля – энергетическая. Эта характеристика называется потенциалом, и она непосредственно связана с работой электрического поля по перемещению заряда. Но для начала вспомним другую характеристику поля – силовую характеристику, напряженность:
для произвольного поля в некоторой точке пространства напряженность равна:
а для поля точечного заряда:
Теперь вспомним из курса механики, как вычислить работу, совершаемую над телом – в нашем случае электрическое поле совершает работу по перемещению заряда:
учитывая:
Изучение нового материала
· Теперь пришло время ввести новую энергетическую характеристику поля – потенциал.
Потенциал – физическая величина, показывающая отношение потенциальной энергии заряда в некоторой точке пространства к величине этого заряда:
Так как потенциальная энергия заряда прямо пропорциональна величине заряда, то потенциал от величины заряда не зависит:
|
|
Единица измерения потенциала – вольт:
Потенциал некоторой точки пространства можно определить как работу электрического поля по переносу единичного заряда из бесконечности в эту точку. В общем же виде связь потенциала с работой можно задать через ввод электрического напряжения:
Полученная зависимость справедлива вдоль некоторой силовой линии, и здесь – расстояние между двумя точками на одной силовой линии.
Зависимость потенциала поля точечного заряда от расстояния имеет похожий вид с аналогичной зависимостью для напряженности, однако убывает медленнее – не пропорционально квадрату, а пропорционально первой степени:
· Эквипотенциальные поверхности
Нам уже известно, что графически напряженность изображается в виде силовых линий, направленных от положительных зарядов к отрицательным. Потенциалы можно также графически отобразить в виде эквипотенциальных поверхностей.
Эквипотенциальная поверхность – поверхность, каждая точка которой имеет одинаковый потенциал.
Как следует из связи работы и потенциалов:
при переносе заряда вдоль эквипотенциальных поверхностей электрическое поле работы не совершает, так как .
Работа при ненулевой силе равна нулю только в том случае, если вектор силы перпендикулярен вектору перемещения. Из этого следует, что линии напряженности перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Примерами эквипотенциальных поверхностей служат сферы для поля точечного заряда и параллельные плоскости для однородных полей (рис. 3).