4.1 The Concepts of Force and Mass

Транскрипт

1 Električna potencijalna energija i potencijal FIZIKA PSS-GRAD 20. prosinca 2017.

2 19.1 Potencijalna energija W AB = m g h B m g h A = m g Δ h W AB = E p B E p A = Δ E p (a na lo p gi ja onav l s gr janj av it e ac ij sk om si lo m)

3 19.1 Potencijalna energija

4 19.1 Potencijalna energija W AB = E p B E p A = Δ E p

5 19.2 Razlika potencijala W AB E pb E p A = q0 q0 q0 Potencijalnu energiju po jedinici naboja nazivamo električnim potencijalom.

6 19.2 Razlika potencijala DEFINICIJA ELEKTRIČNOG POTENCIJALA Električni potencijal u nekoj točki je električna potencijalna energija malog probnog naboja podijeljena s iznosom toga naboja: Ep V= q0 jedinica SI električnog potencijala: J/C = V E pb E p A W AB Δ V = V B V A = = q0 q0 q0

7 19.2 Razlika potencijala Primjer 1 Rad, potencijalna energija i električni potencijal Rad koji električna sila obavi na probnom naboju (+2, C), da bi ga pomaknula iz točke A u točku B, iznosi +5, J. (a) Odredite razliku potencijalnih energija između tih točaka. (b) Odredite razliku potencijala između tih točaka. W AB = E p B E p A = Δ E p E pb E p A W AB Δ V = V B V A = = q0 q0 q0

8 19.2 Razlika potencijala (a) W AB = E p B E p A = Δ E p 5 Δ E p = W AB = 5,0 10 J (b) W AB ΔV = q0 5, J ΔV = = 25 V 6 2,0 10 C

9 19.2 Razlika potencijala Konceptualni primjer 2 Ubrzavanje pozitivnih i negativnih naboja Pozitivni probni naboj stavljen u točku A ubrzava prema točki B i dalje prema točki C. Ako je moguće samo gibanje po pravcu, kuda će krenuti negativni probni naboj ako ga stavimo u točku B? viši potencijal niži potencijal

10 19.2 Razlika potencijala Pozitivni naboj ubrzava iz područja višeg električnog potencijala prema području nižeg električnog potencijala. Negativni naboj ubrzava iz područja nižeg električnog potencijala prema području višeg električnog potencijala. viši potencijal niži potencijal

11 19.2 Razlika potencijala U ukupnu energiju koju tijelo može imati sada uključujemo i električnu potencijalnu energiju: mv I ω kx E= + +m gh+ +qv Jedan elektronvolt je iznos energije za koji se promijeni električna potencijalna energija elektrona kad on prođe razliku potencijala od jedan volt. 1 ev = e 1 V = 1, C 1 V = 1, J

12 19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji k q q0 k q q0 W AB = ra rb viši potencijal W AB kq kq V B V A = = q0 rb r A niži potencijal potencijal točkastog naboja kq V= r

13 19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji Primjer 5 Potencijal točkastog naboja Izračunajte električni potencijal na udaljenosti 1,2 m od točkastog naboja iznosa 4, C ako je taj naboj: (a) pozitivan; (b) negativan. Referentna točka je potencijal u beskonačnosti (nula). + 4, C 1,2 m 4, C 1,2 m

14 19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji kq V= r (a) 9,0 10 N m C (+ 4,0 10 C) V= 1,2 m + 4, C V = V 4, C ,2 m 1,2 m (b) ,0 10 N m C ( 4,0 10 C) V= 1,2 m V = 300 V

15 19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji Primjer 6 Ukupni električni potencijal Odredite ukupni električni potencijal u točkama A i B. 9 +8,0 10 C 0,20 m 0,20 m 9 8,0 10 C 0,40 m

16 19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji ,0 10 C 8,0 10 C 0,20 m 0,20 m ,40 m ,0 10 N m C (+8,0 10 C) 9,0 10 N m C ( 8,0 10 C) VA= + = +240 V 0,2 m 0,6 m 9, N m 2 C 2 (+ 8, C) 9, N m 2 C 2 ( 8, C) VB = + =0 0,4 m 0,4 m

17 19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem Ekvipotencijalna ploha je ploha na kojoj je električni potencijal svugdje isti. ekvipotencijalne plohe q V =k r Kad se naboj giba po ekvipotencijalnoj plohi električna sila ne obavlja rad.

18 19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem Električno polje koje stvara pozitivni naboj (ili raspodjela pozitivnog naboja) svugdje je okomito na ekvipotencijalnu plohu i usmjereno od višeg prema nižem potencijalu. viši potencijal niži potencijal silnica električnog polja

19 19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem

20 19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem ekvipotencijalne plohe ΔV E = Δs

21 19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem Primjer 9 Električno polje i potencijal su povezani Ploče kondenzatora razmaknute su 0,032 m, a razlika potencijala među pločama je 64 V. Razlika potencijala među ravninama a i b je 3,0 V. Nađite razmak tih ravnina. ekvipotencijalne plohe

22 19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem ΔV 64 V E = = = 2000 V/m Δs 0,032 m Δ s = ΔV 3V = = 1,5 mm E 2000 V/m

23 19.5 Kondenzatori i dielektrici Pločasti kondenzator sastoji se od dviju metalnih ploča, od kojih jedna nosi naboj +q, a druga naboj q. razlika potencijala voltmetar Prostor između ploča obično se ispunjava dielektrikom (materijalom koji je izolator). dielektrik razmak ploča metalna ploča (površine A)

24 19.5 Kondenzatori i dielektrici ODNOS IZMEĐU NABOJA I RAZLIKE POTENCIJALA Iznos naboja na svakoj ploči kondenzatora izravno je proporcionalan razlici potencijala između ploča. razlika potencijala voltmetar dielektrik q = CV konstanta proporcionalnosti je kapactet C jedinica SI za kapacitet: C/V = F razmak ploča metalna ploča (površine A)

25 19.5 Kondenzatori i dielektrici q DIELEKTRIČNA KONSTANTA Ako se između ploča kondenzatora nalazi dielektrik, kapacitet je znatno veći. pozitivni površinski naboj na dielektriku +q negativni površinski naboj na dielektriku +q q E0 κ= E molekula q +q

26 19.5 Kondenzatori i dielektrici KAPACITET PLOČASTOG KONDENZATORA E0 κ= E q V =κ ϵ0 A d κ ϵ0 A q= V d q +q q E0 = ϵ0 A pozitivni površinski naboj na dielektriku V E= d negativni površinski naboj na dielektriku +q q molekula q = CV κ ϵ0 A C= d q +q

27 19.5 Kondenzatori i dielektrici ENERGIJA SPREMLJENA U KONDENZATOR 1 2 E = CV 2

28 PITANJA ZA PONAVLJANJE

29 19.6 Biomediconske primjene razlike električnog potencijala dendriti tijelo stanice akson sinapsa živčani završeci drugi neuron ili mišić međustanična tekućina (izvana) sloj pozitivnog naboja stanična membrana međustanična tekućina (iznutra) sloj negativnog naboja međustanična tekućina (iznutra)

30 19.6 Biomediconske primjene razlike električnog potencijala potencijal membrane (mv) akcijski potencijal dotok Na+ vrijeme (ms)

31 19.6 Biomediconske primjene razlike električnog potencijala EKG = ElektroKardioGrafija (dijagnostička metoda kojom se bilježe akcijski potencijali srca) EKG (normalni) razlika potencijala EKG (abnormalni) razlika potencijala elektrode vrijeme vrijeme

32 PITANJA ZA PONAVLJANJE 1. Električna potencijalna energija 2. Električni potencijal 3. Ekvipotencijalna ploha 4. Kondenzator 5. Elektronvolt 6. Ubrzavanje električnog naboja razlikom potencijala 7. Dielekrična konstanta 8. Kapacitet pločastog kondenzatora 9. Energija spremljena u kondenzator 10. Električni potencijal točkastog naboja PITANJA ZA PONAVLJANJE