Эквипотенциалды беттер. Біртекті электр өрісінің кернеулігі мен потенциалдар айырмасы арасындағы байланыс. Физика, 10 сынып, қосымша материал.

Потенциал және потенциалдар айырымы. Электр өрісі кернеулігі мен потенциалдар айырымының арасындағы байланыс.

Электр өрісінің энергиясы бар ма?

 Потенциалдық энергия деп өзара әрекеттесетін денелердің немесе   олардың      бөліктерінің   бір-біріне   қатысты орналасуына қарай  анықталатын  энергияны айтады.

 Электр өрісіне енгізілген зарядталған денеге өріс тарапынан күш әрекет етеді.  Осы күштің әрекетінен дене орын ауыстыра алады, яғни зарядтың орын ауыстыруы кезінде жұмыс атқарылады.

Қозғалмайтын электр зарядтарының электр өрісі электростатикалық өріс деп аталады.

 Жермен өзара әрекеттесетін кез келген дене оның центрінен әр түрлі қашықтықта   түрліше    потенциалдық  энергияға   ие болатыны сияқты, q₁ электр заряды басқа q₂ зарядынан әр түрлі қашықтықта болған сайын әр түрлі потенциалдық энергияға ие болады.

 q₁ заряды тудырған электр өрісіндегі q₂ зарядты, өрістің бір нүктесінен екінші нүктесіне орын ауыстырғандағы электр өрісі күштерінің атқарған жұмысы электрлік өзара әрекеттің потенциалдық энергиясының өзгеру өлшемі болып табылады:

А = Е_п1 – Е_п2.

 Өрістің әр нүктесінде зарядқа, осы зарядқа пропорционал Ғ = qЕ күші әрекет етеді. Сондықтан заряд орын ауыстырғандағы өріс күштері атқарған жұмыс та осы зарядқа пропорционал болады. Бірақ жұмыстың орны ауысатын зарядқа қатынасы зарядқа тәуелді емес, ол тек зарядтың орын ауыстырғандағы бастапқы және соңғы орындарына ғана тәуелді:

 мұндағы Е_п1   мен Е _п2 — электр өрісінің 1 және 2 нүктелеріндегі q₂ зарядының потенциалдық энергиясы. Бұл зарядтың әр нүктедегі потенциалдық   энергиясы    әр   түрлі   болуы   мүмкін,    себебі,   ол q₂ зарядтың өзіне және өрістің E қасиеттеріне байланысты. Бірақ

φ =А/ q₂

қатынасы   зарядтың   шамасына   тәуелді   емес,   оны   өрістің энергетикалық сипаттамасы деп қабылдап,  φ әрпімен белгілейді және берілген нүктедегі өрістің потенциалы деп атайды:  шамасы  бірлік  оң  зарядтың  потенциалдық  энергиясының өзгеруі болып табылады. Оны өрістің нүктелерінің арасындағы потенциалдар айырымы дейді және оны φ ₁-φ ₂  немесе U деп белгілейді: 

Сонда өрістегі зарядты бір нүктеден екіншісіне орын ауыстырғанда, электр өрісі күштерінің атқаратын жүмысы мынаған тең:

А = q(φ₁ -φ₂) = qU.

 Өрістің екі нүктесі арасындағы потенциалдар айырымының физикалық мәні бар, оны кернеу деп атайды.

• Оң зарядты өрістің бір нүктесінен екінші нүктесіне орын ауыстырғанда, өріс атқаратын жұмыстың осы зарядтың шамасына қатынасын потенциалдар айырымы немесе кернеу деп    атайды.

• Потенциалдар айырымы электр өрісінің энергетикалық сипаттамасы болып табылады.

 SI жүйесінде Ажұмысджоульмен, ал q заряд кулонмен өлшенетіндіктен, φ₁ -φ₂  потенциалдар айырымының бірлігі джоульдің   кулонға   қатынасы      болады.   Бұл   бірлік   вольт (1В) деп аталады.

Егер электр өрісінің екі нүктесі аралыгында 1 Кл заряд орын ауыстырғанда, өріс 1 Дж жұмысатқарса, онда потенциалдар айырымы  1 В-қа тең болады.

ІІ. Сонымен, электр өрісін сипаттау үшін біз екі физикалық шаманы енгіздік: күштік сипаттамасы   кернеулікті Е және энергетикалық сипаттамасы   - потенциалдар айырымын (немесе кернеуді U) : 

U= φ₁-φ₂=A/q.

 Олар, біріншіден, өрістің бір ғана нүктесінің әр түрлі сипаттамалары болғандықтан, екіншіден, зарядқа және ол зарядтың қандай қашықтықта тұрғанына тәуелді болғандықтан, бұл шамалардың арасындағы байланысты тауып көрейік.

 А және В нүктелерінде φ₁ және  φ₂ , нүктелердің арақашықтығы d болсын.

Сонымен,  φ₁-φ₂=U=Ed немесе 

 Электр өрісінің кернеулігі қарастырылатын нүктелер арасындағы кернеудің олардың арақашықтығына қатынасына тең.