ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าร่างกายหนึ่งสามารถให้ความร้อนได้มากขึ้นและอีกร่างกายหนึ่งมีน้อยลง ระดับความร้อนของร่างกายเรียกว่าอุณหภูมิ ในทำนองเดียวกัน ร่างหนึ่งสามารถถูกทำให้เป็นไฟฟ้าได้มากกว่าอีกร่างหนึ่ง ระดับของการใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายแสดงถึงปริมาณที่เรียกว่าศักย์ไฟฟ้าหรือเพียงแค่ศักยภาพของร่างกาย

การกระตุ้นร่างกายหมายความว่าอย่างไร แปลว่า บอกเขา ค่าไฟฟ้ากล่าวคือ เพิ่มอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งเข้าไปหากเราชาร์จร่างกายเป็นลบ หรือเอาอิเลคตรอนออกจากร่างกายหากเราชาร์จร่างกายเป็นบวก ไม่ว่าในกรณีใด ร่างกายจะมีกระแสไฟฟ้าในระดับหนึ่ง กล่าวคือ มีศักยภาพอย่างใดอย่างหนึ่ง ยิ่งกว่านั้น ร่างกายที่มีประจุบวกมีศักยภาพเชิงบวก และร่างกายที่มีประจุลบก็มีศักยภาพเชิงลบ

ความแตกต่างของระดับประจุไฟฟ้าสองร่างเรียกว่า ความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือง่ายๆ ความต่างศักย์.

พึงระลึกไว้เสมอว่าหากร่างที่เหมือนกันสองร่างมีประจุเท่ากัน แต่ตัวหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอีกร่างหนึ่ง ก็จะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกัน

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างสองร่างดังกล่าวซึ่งหนึ่งในนั้นถูกเรียกเก็บเงินและอีกอันหนึ่งไม่มีค่าใช้จ่าย ตัวอย่างเช่น หากวัตถุใด ๆ ที่แยกออกจากโลกมีศักยภาพที่แน่นอน ความต่างศักย์ระหว่างวัตถุกับโลก (ซึ่งถือว่าศักย์เป็นศูนย์) จะเท่ากับตัวเลขของศักยภาพของร่างกายนี้

ดังนั้น หากร่างทั้งสองถูกชาร์จในลักษณะที่ศักยภาพของพวกมันไม่เหมือนกัน จะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ทุกคนรู้ ปรากฏการณ์กระแสไฟฟ้าหวีเมื่อถูกับเส้นผมไม่มีอะไรมากไปกว่าการสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างหวีกับเส้นผมของมนุษย์

แท้จริงแล้วเมื่อหวีถูกับผม อิเล็กตรอนบางส่วนจะผ่านไปยังหวี ชาร์จประจุลบ ในขณะที่ผมที่สูญเสียอิเล็กตรอนไปบางส่วน จะถูกชาร์จในระดับเดียวกับหวี แต่ในทางบวก ความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นด้วยวิธีนี้สามารถลดลงเหลือศูนย์ได้โดยการแตะหวีกับผม หูจะตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนแบบย้อนกลับนี้ได้ง่าย หากนำหวีไฟฟ้ามาใกล้หู เสียงแตกลักษณะจะบ่งบอกถึงการคายประจุในปัจจุบัน

เมื่อพูดถึงความต่างศักย์ข้างต้น เรานึกถึงร่างที่มีประจุ 2 ตัวอยู่แล้ว นอกจากนี้ยังสามารถรับความต่างศักย์ระหว่างส่วนต่าง ๆ (จุด) ของร่างกายเดียวกัน

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากภายใต้การกระทำของแรงภายนอก เราจัดการย้ายอิเล็กตรอนอิสระในเส้นลวดไปยังปลายด้านหนึ่งของมัน เห็นได้ชัดว่าจะมีปัญหาการขาดแคลนอิเล็กตรอนที่ปลายอีกด้านของเส้นลวด และจากนั้นจะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างปลายของเส้นลวด

ทันทีที่เราหยุดการกระทำของแรงภายนอก อิเล็กตรอนทันทีเนื่องจากแรงดึงดูดของประจุตรงข้ามจะพุ่งไปที่ปลายเส้นลวดซึ่งมีประจุบวกคือไปยังที่ที่ขาดและไฟฟ้า ความสมดุลจะเข้ามาในเส้นลวดอีกครั้ง

แรงเคลื่อนไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า

ดี เพื่อรักษากระแสไฟฟ้าในตัวนำ จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานภายนอกเพื่อรักษาความต่างศักย์ที่ปลายตัวนำนี้ตลอดเวลา

แหล่งพลังงานเหล่านี้เรียกว่า แหล่งกระแสไฟฟ้ามีบางอย่าง แรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งสร้างและรักษาความต่างศักย์ที่ปลายตัวนำไว้เป็นเวลานาน

แรงเคลื่อนไฟฟ้า (ตัวย่อ EMF) แสดงด้วยตัวอักษร E. หน่วยวัดสำหรับ EMF คือโวลต์ ในประเทศของเรา โวลต์เป็นตัวย่อด้วยตัวอักษร "B" และในการกำหนดสากล - โดยตัวอักษร "V"

ดังนั้นเพื่อให้ได้กระแสอย่างต่อเนื่อง คุณต้องมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า นั่นคือ คุณต้องมีแหล่งกระแสไฟฟ้า

แหล่งกระแสแรกดังกล่าวคือสิ่งที่เรียกว่า "คอลัมน์โวลตาอิก" ซึ่งประกอบด้วยชุดของวงกลมทองแดงและสังกะสีที่เรียงรายไปด้วยหนังที่แช่ในน้ำที่เป็นกรด ดังนั้น วิธีหนึ่งในการได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้าคือปฏิกิริยาทางเคมีของสารบางชนิด ซึ่งเป็นผลมาจากการที่พลังงานเคมีถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า แหล่งกระแสที่สร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าในลักษณะนี้เรียกว่า แหล่งกระแสเคมี.

ปัจจุบันแหล่งกระแสเคมี - เซลล์กัลวานิกและแบตเตอรี่ - ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและอุตสาหกรรมพลังงาน

แหล่งกระแสหลักอีกแหล่งหนึ่งที่แพร่หลายในทุกด้านของวิศวกรรมไฟฟ้าและอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกติดตั้งที่สถานีไฟฟ้าและทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟเพียงแหล่งเดียวสำหรับการจ่ายไฟฟ้าให้กับสถานประกอบการอุตสาหกรรม, ไฟฟ้าแสงสว่างของเมือง, ไฟฟ้า รถไฟ, รถราง, รถไฟใต้ดิน, รถเข็น ฯลฯ

ทั้งในแหล่งเคมีของกระแสไฟฟ้า (เซลล์และแบตเตอรี่) และในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การกระทำของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเหมือนกันทุกประการ มันอยู่ในความจริงที่ว่า EMF สร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ขั้วของแหล่งจ่ายปัจจุบันและคงไว้เป็นเวลานาน

ที่หนีบเหล่านี้เรียกว่าขั้วแหล่งกระแส ขั้วหนึ่งของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้ามักประสบปัญหาการขาดแคลนอิเล็กตรอน ดังนั้น มีประจุบวก อีกขั้วหนึ่งประสบกับอิเล็กตรอนมากเกินไป ดังนั้นจึงมีประจุลบ

ดังนั้น ขั้วหนึ่งของแหล่งกำเนิดกระแสจึงเรียกว่าบวก (+) อีกขั้วหนึ่งเป็นลบ (-)

แหล่งกระแสใช้จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ต่างๆ - ผู้บริโภคปัจจุบันเชื่อมต่อกับเสาของแหล่งจ่ายกระแสโดยใช้ตัวนำสร้างวงจรไฟฟ้าปิด ความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นระหว่างขั้วของแหล่งจ่ายกระแสกับขั้วปิด วงจรไฟฟ้าเรียกว่า voltage และเขียนแทนด้วยตัวอักษร U

หน่วยของแรงดันไฟฟ้า เช่น EMF คือโวลต์

ตัวอย่างเช่น หากจำเป็นต้องเขียนว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสคือ 12 โวลต์ ให้เขียนว่า: U - 12 V.

อุปกรณ์ที่เรียกว่าโวลต์มิเตอร์ใช้สำหรับวัดหรือวัดแรงดันไฟฟ้า

ในการวัด EMF หรือแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแส คุณต้องเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์กับขั้วของมันโดยตรง ในกรณีนี้ หากเปิด โวลต์มิเตอร์จะแสดง EMF ของแหล่งจ่ายกระแสไฟ หากคุณปิดวงจร โวลต์มิเตอร์จะไม่แสดง EMF อีกต่อไป แต่แสดงแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแหล่งจ่ายกระแสไฟ

EMF ที่พัฒนาโดยแหล่งจ่ายกระแสไฟจะมากกว่าแรงดันไฟที่ขั้วเสมอ

ความต่างศักย์ระหว่างจุดที่ 1 และ 2 คืองานที่ทำโดยกองกำลังภาคสนามเมื่อเคลื่อนที่ประจุบวกของหน่วยไปตามเส้นทางที่กำหนดจากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2 สำหรับสนามที่มีศักยภาพ งานนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของเส้นทาง แต่ ถูกกำหนดโดยตำแหน่งของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดเท่านั้น

ศักยภาพถูกกำหนดขึ้นเป็นค่าคงที่การเติม การทำงานของแรงของสนามไฟฟ้าสถิตเมื่อเคลื่อนที่ประจุ q ไปตามเส้นทางที่กำหนดโดยพลการจากจุดเริ่มต้น 1 ไปยังจุดสิ้นสุด 2 ถูกกำหนดโดยนิพจน์

หน่วยของศักยภาพที่ใช้งานได้จริงคือโวลต์ โวลต์คือความต่างศักย์ระหว่างจุดดังกล่าวเมื่อเมื่อย้ายกระแสไฟฟ้าหนึ่งจี้จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง สนามไฟฟ้าทำงานในหนึ่งจูล

1 และ 2 เป็นจุดใกล้อนันต์บนแกน x ดังนั้น X2 - x1 = dx

งานเมื่อย้ายหน่วยประจุจากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2 จะเป็น Ex dx งานเดียวกันมีค่าเท่ากับ เท่ากับทั้งสองนิพจน์เราได้รับ

- การไล่ระดับสเกลาร์

ฟังก์ชั่นไล่ระดับ เป็นเวกเตอร์ที่มุ่งไปที่การเพิ่มขึ้นสูงสุดของฟังก์ชันนี้ และความยาวของมันเท่ากับอนุพันธ์ของฟังก์ชันในทิศทางเดียวกัน ความหมายทางเรขาคณิตของการไล่ระดับสีคือพื้นผิวที่มีศักย์เท่ากัน (พื้นผิวที่มีศักย์เท่ากัน) ซึ่งเป็นพื้นผิวที่ศักย์ไฟฟ้าคงที่

13 ค่าใช้จ่ายที่อาจเกิดขึ้น

ศักยภาพของสนามประจุจุด q ในไดอิเล็กตริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน.

- การกระจัดทางไฟฟ้าของประจุแบบจุดในไดอิเล็กทริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน D - เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำไฟฟ้าหรือการเคลื่อนที่ทางไฟฟ้า

ค่าศูนย์ควรใช้เป็นค่าคงที่การรวม ดังนั้น at ค่าศักย์ไฟฟ้าจึงหายไป จากนั้น

ศักย์สนามของระบบประจุจุดในไดอิเล็กตริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน

โดยใช้หลักการทับซ้อนเราได้รับ:

ศักยภาพในการกระจายประจุไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง

- องค์ประกอบของปริมาตรและพื้นผิวที่มีประจุซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่จุดหนึ่ง

ถ้าไดอิเล็กตริกไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ก็ควรขยายการรวมเป็นประจุโพลาไรซ์ด้วย รวมของดังกล่าว

ค่าใช้จ่ายคำนึงถึงอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมโดยอัตโนมัติและไม่จำเป็นต้องป้อนค่า

14 สนามไฟฟ้าในเรื่อง

สนามไฟฟ้าในเรื่อง สารที่เข้าสู่สนามไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมาก เนื่องจากสสารประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุ ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก อนุภาคจะถูกกระจายภายในสารในลักษณะที่สนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยพวกมันโดยเฉลี่ยแล้วจะมีปริมาณมากกว่าซึ่งมีอะตอมหรือโมเลกุลจำนวนมากเท่ากับศูนย์ ในการปรากฏตัวของสนามภายนอก การกระจายของอนุภาคที่มีประจุจะเกิดขึ้น และสนามไฟฟ้าภายในเกิดขึ้นในสาร สนามไฟฟ้าทั้งหมดถูกสร้างขึ้นตามหลักการทับซ้อนจากสนามภายนอกและสนามภายในที่สร้างขึ้นโดยอนุภาคที่มีประจุของสสาร สารนี้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่หลากหลาย ประเภทของสสารที่กว้างที่สุดคือตัวนำและไดอิเล็กทริก ตัวนำคือวัตถุหรือวัสดุที่ประจุไฟฟ้าเริ่มเคลื่อนที่ภายใต้การกระทำของแรงเล็กน้อยตามอำเภอใจ ดังนั้นค่าใช้จ่ายเหล่านี้จึงเรียกว่าฟรี ในโลหะ ประจุฟรีคืออิเล็กตรอน ในสารละลายและเกลือที่ละลาย (กรดและด่าง) - ไอออน อิเล็กทริกเป็นวัตถุหรือวัสดุซึ่งภายใต้การกระทำของกองกำลังขนาดใหญ่โดยพลการประจุจะถูกแทนที่ด้วยระยะทางเพียงเล็กน้อยไม่เกินขนาดของอะตอมเมื่อเทียบกับตำแหน่งสมดุล ค่าใช้จ่ายดังกล่าวเรียกว่าผูกพัน ค่าใช้จ่ายฟรีและถูกผูกมัด ฟรีค่าธรรมเนียม 1) ไฟฟ้าส่วนเกิน ประจุที่สื่อสารไปยังวัตถุที่นำไฟฟ้าหรือไม่นำไฟฟ้าและทำให้เกิดการละเมิดความเป็นกลางทางไฟฟ้า 2) ไฟฟ้า ค่าขนส่งในปัจจุบัน 3) ใส่ ไฟฟ้า ประจุของอะตอมตกค้างในโลหะ ค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้อง ประจุของอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอมและโมเลกุลของอิเล็กทริก เช่นเดียวกับประจุของไอออนในผลึก ไดอิเล็กทริกที่มีตาข่ายไอออนิก

ให้เรามีสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอเป็นอนันต์ ประจุ + Q ถูกวางที่จุด M ประจุ + Q ที่ปล่อยให้ตัวเองตกอยู่ภายใต้การกระทำของแรงไฟฟ้าของสนามจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางของสนามเป็นระยะทางไกลอย่างไม่มีที่สิ้นสุด การเคลื่อนที่ของประจุนี้จะใช้พลังงาน สนามไฟฟ้า. ศักยภาพของจุดที่กำหนดในสนามคืองานที่สนามไฟฟ้าใช้เมื่อเคลื่อนที่หน่วยประจุบวกจากจุดที่กำหนดในสนามไปยังจุดที่อนันต์ ในการเคลื่อนประจุ + Q จากจุดที่ห่างไกลอย่างไม่มีที่สิ้นสุดกลับไปยังจุด M แรงภายนอกจะต้องสร้างงาน A ซึ่งจะเอาชนะแรงไฟฟ้าของสนาม สำหรับศักยภาพของจุด M เราได้รับ:

ดังนั้นหน่วยศักย์ไฟฟ้าสัมบูรณ์แบบสัมบูรณ์จึงมากกว่าหน่วยที่ใช้งานได้จริง - โวลต์

หากประจุเท่ากับ 1 คูลอมบ์เคลื่อนที่จากจุดที่ไม่มีที่สิ้นสุดไปยังจุดหนึ่งในสนาม ศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ 1 โวลต์ แสดงว่าทำงาน 1 จูล อย่างไรก็ตาม หากกระแสไฟฟ้า 15 คูลอมบ์เคลื่อนที่ไปยังจุดหนึ่งในสนามที่มีศักย์ไฟฟ้า 10 V จากจุดที่ห่างไกลอย่างอนันต์ การทำงานก็จะเสร็จสิ้น 10 -15 \u003d 150 จูล

ในทางคณิตศาสตร์ การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงโดยสูตร:

ในการย้ายจากจุด A ที่มีศักย์ไฟฟ้า 20V ไปยังจุด B ด้วยศักย์ไฟฟ้า 15V 10 คูลอมบ์ สนามจะต้องทำงาน:

จากการศึกษาสนามไฟฟ้า เราสังเกตว่าในสนามนี้ ความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดของสนามเรียกอีกอย่างว่าแรงดันระหว่างจุดทั้งสอง ซึ่งวัดเป็นโวลต์และเขียนแทนด้วยตัวอักษร U

การทำงานของแรงสนามไฟฟ้าสามารถเขียนได้ดังนี้:

เพื่อที่จะย้ายประจุ q ไปตามเส้นสนามจากจุดหนึ่งของสนามที่เป็นเนื้อเดียวกันไปยังอีกจุดหนึ่งซึ่งอยู่ที่ระยะทาง l คุณต้องทำงาน:

นี่คือความสัมพันธ์ที่ง่ายที่สุดระหว่างความแรงของสนามไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าสำหรับสนามสม่ำเสมอ

ตำแหน่งของจุดที่มีศักยภาพเท่ากันรอบพื้นผิวของตัวนำที่มีประจุขึ้นอยู่กับรูปร่างของพื้นผิวนี้ ถ้าคุณเอา ตัวอย่างเช่น ลูกบอลโลหะที่มีประจุ จากนั้นจุดที่มีศักยภาพเท่ากันในสนามไฟฟ้าที่สร้างโดยลูกบอลจะนอนบนพื้นผิวทรงกลมที่ล้อมรอบลูกบอลที่ถูกชาร์จ พื้นผิวที่มีศักยภาพเท่ากันหรือที่เรียกว่าพื้นผิวศักย์เท่ากันทำหน้าที่เป็นวิธีกราฟิกที่สะดวกในการพรรณนาสนาม ในรูป 13 แสดงภาพพื้นผิวศักย์ไฟฟ้าของลูกบอลที่มีประจุบวก

สำหรับการแสดงภาพว่าความต่างศักย์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในเขตที่กำหนด ควรวาดพื้นผิวที่เท่ากันเพื่อให้ความต่างศักย์ระหว่างจุดที่อยู่บนสอง

พื้นผิวสีเทาเหมือนกัน เช่น เท่ากับ 1 นิ้ว เราร่างพื้นผิวเริ่มต้น ศูนย์ ศักย์ศักย์ไฟฟ้าด้วยรัศมีที่กำหนดเอง พื้นผิวที่เหลือ 1, 2, 3, 4 ถูกวาดเพื่อให้ความต่างศักย์ระหว่างจุดที่อยู่บนพื้นผิวนี้และบนพื้นผิวใกล้เคียงคือ 1 โวลต์ ตามคำจำกัดความของพื้นผิวศักย์ศักย์ ความต่างศักย์ระหว่างจุดแต่ละจุดที่อยู่บนพื้นผิวเดียวกันนั้นเป็นศูนย์ ดังนั้นประจุจะเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการทำงาน จากรูปนี้จะเห็นได้ว่าเมื่อเราเข้าใกล้วัตถุที่มีประจุ พื้นผิวศักย์ไฟฟ้าจะอยู่ใกล้กันมากขึ้น เนื่องจากศักยภาพของจุดสนามเพิ่มขึ้น และความต่างศักย์ระหว่างพื้นผิวที่อยู่ติดกัน ตามเงื่อนไขที่ยอมรับได้ ยังคงเป็น เดียวกัน. ในทางกลับกัน เมื่อระยะห่างจากวัตถุที่มีประจุเพิ่มขึ้น พื้นผิวศักย์ไฟฟ้าจะตั้งอยู่ไม่บ่อยนัก ไฟฟ้า เส้นแรงตั้งฉากกับพื้นผิวศักย์ศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใด ๆ เนื่องจากภายใต้เงื่อนไขว่าแรงและการกระจัดเป็นแนวตั้งฉากเท่านั้น การทำงานของแรงไฟฟ้าเมื่อประจุเคลื่อนไปตามพื้นผิวศักย์ไฟฟ้าสามารถเท่ากับศูนย์ได้ พื้นผิวของตัวนำที่มีประจุนั้นเป็นพื้นผิวที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน นั่นคือ ทุกจุดบนพื้นผิวของตัวนำมีศักยภาพเท่ากัน ทุกจุดภายในตัวนำมีศักยภาพเท่ากัน

หากเรานำตัวนำสองตัวที่มีศักย์ต่างกันมาเชื่อมต่อด้วยลวดโลหะ เนื่องจากมีความต่างศักย์หรือแรงดันระหว่างปลายลวด สนามไฟฟ้าจะกระทำตามเส้นลวด อิเล็กตรอนอิสระของเส้นลวดภายใต้การกระทำของสนามจะเริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางของศักยภาพที่เพิ่มขึ้นนั่นคือพวกมันจะเริ่มผ่านลวด ไฟฟ้า. การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะดำเนินต่อไปจนกว่าศักยภาพของตัวนำจะเท่ากัน และความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กตรอนจะกลายเป็นศูนย์

หากเรือสองลำที่มีระดับน้ำต่างกันเชื่อมต่อจากด้านล่างด้วยท่อน้ำก็จะไหลผ่านท่อ การเคลื่อนที่ของน้ำจะดำเนินต่อไปจนกว่าระดับน้ำในภาชนะจะอยู่ที่ความสูงเท่ากัน และความแตกต่างของระดับจะกลายเป็นศูนย์

เนื่องจากตัวนำที่มีประจุใด ๆ ที่เชื่อมต่อกับพื้นสูญเสียประจุเกือบทั้งหมด ศักยภาพของกราวด์จึงถูกทำให้เป็นศูนย์ตามเงื่อนไข

เพื่อให้คำจำกัดความที่ลึกกว่าที่เราคุ้นเคยตั้งแต่เกรดแปด ปริมาณทางกายภาพให้ระลึกถึงคำจำกัดความของศักย์จุดสนามและวิธีการคำนวณงานของสนามไฟฟ้า

ศักยภาพดังที่เราจำได้คืออัตราส่วนของพลังงานศักย์ของประจุที่วาง ณ จุดหนึ่งในสนามต่อค่าของประจุนี้หรือเป็นงานที่สนามจะทำหากมีประจุบวกเพียงตัวเดียว จุด.

นี่คือพลังงานศักย์ของประจุ - จำนวนเงินที่เรียกเก็บ ตามที่เราจำได้จากช่างกลในการคำนวณงานที่ทำโดยภาคสนาม: .

ตอนนี้เราเขียนพลังงานศักย์โดยใช้คำจำกัดความของศักยภาพ: ลองทำการแปลงพีชคณิตกัน:

ดังนั้นเราจึงเข้าใจว่า

เพื่อความสะดวก เราขอแนะนำค่าพิเศษที่แสดงถึงความแตกต่างภายใต้วงเล็บ: .

คำนิยาม: แรงดันไฟฟ้า (ความต่างศักย์) - อัตราส่วนของงานที่ทำโดยสนามเมื่อถ่ายโอนประจุจากจุดเริ่มต้นไปยังจุดสุดท้ายไปยังค่าของประจุนี้

หน่วยวัด - V - โวลต์:
.

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับข้อเท็จจริงที่ว่า ตรงกันข้ามกับแนวคิดมาตรฐานในฟิสิกส์ของความแตกต่าง (ผลต่างเชิงพีชคณิตของค่าหนึ่งในช่วงเวลาสุดท้ายและค่าเดียวกันในช่วงเวลาเริ่มต้น) เพื่อค้นหาความต่างศักย์ (แรงดัน) เราควรลบศักยภาพสุดท้ายออกจากศักยภาพเริ่มต้น

เพื่อให้ได้สูตรสำหรับการเชื่อมต่อนี้ ดังในบทเรียนก่อนหน้านี้ เพื่อความง่าย เราจะใช้กรณีของสนามสม่ำเสมอที่สร้างโดยเพลตที่มีประจุตรงข้ามกันสองแผ่น (ดูรูปที่ 1)

รูปที่ 1 ตัวอย่างสนามยูนิฟอร์ม

ในกรณีนี้ เวกเตอร์ความตึงของจุดสนามทั้งหมดระหว่างเพลตจะมีทิศทางเดียวและหนึ่งโมดูล ทีนี้ ถ้าประจุบวกถูกวางไว้ใกล้เพลตบวก จากนั้นภายใต้อิทธิพลของแรงคูลอมบ์ มันจะเคลื่อนเข้าหาเพลตลบโดยธรรมชาติ ดังนั้นภาคสนามจะทำงานบางอย่างเกี่ยวกับค่าใช้จ่ายนี้ มาเขียนคำจำกัดความของงานเครื่องกลกัน: . นี่คือโมดูลัสของแรง - โมดูลการเคลื่อนไหว; - มุมระหว่างเวกเตอร์แรงและการเคลื่อนที่

ในกรณีของเรา เวกเตอร์แรงและการกระจัดจะถูกกำหนดทิศทางร่วมกัน (ประจุบวกขับไล่จากบวกและดึงดูดไปยังค่าลบ) ดังนั้นมุมจึงเป็นศูนย์ และโคไซน์เป็นหนึ่ง:

เราเขียนแรงผ่านความตึงเครียด และโมดูลการกระจัดจะแสดงเป็น d - ระยะห่างระหว่างจุดสองจุด - จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการเคลื่อนที่: .

ในเวลาเดียวกัน . เมื่อเทียบทางด้านขวามือของความเท่าเทียมกัน เราจะได้ความสัมพันธ์ที่ต้องการ:

ตามมาด้วยว่าสามารถวัดความตึงได้ด้วย

การย้ายออกจากสนามเครื่องแบบของเราควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับสนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยลูกบอลโลหะที่มีประจุ จากการทดลอง พบว่าศักยภาพของจุดใดๆ ภายในหรือบนพื้นผิวของลูกบอล (กลวงหรือของแข็ง) ไม่เปลี่ยนค่าของมัน กล่าวคือ:
.

นี่คือค่าสัมประสิทธิ์ไฟฟ้าสถิต - ชาร์จเต็มลูก; คือรัศมีของลูก

สูตรเดียวกันนี้ใช้ได้กับการคำนวณศักย์สนามของประจุจุดที่อยู่ห่างจากประจุนี้

พลังงานปฏิสัมพันธ์ของประจุสองประจุ

วิธีการกำหนดพลังงานปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่มีประจุสองตัวซึ่งอยู่ห่างจากกัน (ดูรูปที่ 2)

ข้าว. 2. ปฏิสัมพันธ์ของสองร่างที่อยู่ห่างกัน r

ในการทำเช่นนี้ ลองจินตนาการถึงสถานการณ์ทั้งหมด: ราวกับว่าร่างกาย 2 อยู่ในสนามภายนอกของร่างกาย 1 ดังนั้นตอนนี้พลังงานปฏิสัมพันธ์สามารถเรียกได้ว่าเป็นพลังงานศักย์ของประจุ 2 ในสนามภายนอก ซึ่งเป็นสูตรที่เรารู้: .

ตอนนี้ เมื่อรู้ธรรมชาติของสนามภายนอกแล้ว (สนามของประจุแบบจุด) เรารู้สูตรการคำนวณศักย์ไฟฟ้า ณ จุดที่ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดสนาม:
.

แทนที่นิพจน์ที่สองลงในนิพจน์แรกและรับผลลัพธ์สุดท้าย:
.

หากตอนแรกเราจินตนาการว่าประจุ 1 นี้อยู่ในสนามภายนอกของประจุ 2 แน่นอนว่าผลลัพธ์จะไม่เปลี่ยนแปลง

ในไฟฟ้าสถิต น่าสนใจที่จะแยกแยะทุกจุดในอวกาศที่มีศักยภาพเท่ากัน จุดดังกล่าวก่อให้เกิดพื้นผิวบางอย่างซึ่งเรียกว่าศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน

คำจำกัดความ: พื้นผิวศักย์เท่ากัน - พื้นผิวแต่ละจุดมีศักยภาพเท่ากัน หากคุณวาดพื้นผิวดังกล่าวและลากเส้นแรงของสนามไฟฟ้าเดียวกัน คุณจะเห็นว่าพื้นผิวศักย์ไฟฟ้านั้นตั้งฉากกับเส้นแรงเสมอ และนอกจากนี้ เส้นแรงมักจะมุ่งไปในทิศทางที่ลดลงเสมอ ศักยภาพ (ดูรูปที่ 3)

ข้าว. 3. ตัวอย่างพื้นผิวศักย์ไฟฟ้า

ข้อเท็จจริงที่สำคัญอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับพื้นผิวศักย์เท่ากัน: ตามคำจำกัดความ ความต่างศักย์ระหว่างจุดใดๆ บนพื้นผิวดังกล่าวเป็นศูนย์ (ศักย์เท่ากัน) ซึ่งหมายความว่างานของสนามเพื่อย้ายประจุจากจุดหนึ่งของพื้นผิวศักย์ไฟฟ้า ไปที่อื่นยังเป็นศูนย์

ในบทต่อไป เราจะมาดูรายละเอียดของเพลตที่มีประจุสองแผ่นอย่างละเอียดยิ่งขึ้น กล่าวคือ อุปกรณ์ตัวเก็บประจุและคุณสมบัติของมัน

1) Tikhomirov S.A. , Yavorsky B.M. ฟิสิกส์ ( ระดับพื้นฐานของ) ม.: มนีโมไซน์. 2012

2) Gendenstein L.E. , Dick Yu.I. ฟิสิกส์เกรด 10 ม.: อิเล็กซ่า. 2005

3) Kasyanov V.A. ฟิสิกส์เกรด 10 ม.: ไอ้เหี้ย. 2010

1) เว็บไซต์ "Physicon" ()

การบ้าน

1) หน้า 95: หมายเลข 732 - 736. ฟิสิกส์. หนังสืองาน. เกรด 10-11 Rymkevich A.P. ม.: Bustard 2013 ()

2) ณ จุดที่มีศักย์ไฟฟ้า 300 V วัตถุที่มีประจุจะมีพลังงานศักย์อยู่ที่ -0.6 μJ ภาระของร่างกายคืออะไร?

3) อะไร พลังงานจลน์ได้รับอิเล็กตรอนโดยผ่านความต่างศักย์เร่งที่ 2 kV?

4) ประจุควรเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าในลักษณะใดเพื่อให้การทำงานของมันน้อยที่สุด?

5) * วาดพื้นผิวศักย์ไฟฟ้าของสนามที่สร้างขึ้นโดยประจุตรงข้ามกันสองประจุ

แรงดันไฟฟ้า
ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้า.

หัวข้อ: แรงดันไฟและความต่างศักย์คืออะไร.

บางทีนิพจน์ที่ใช้บ่อยที่สุดอย่างหนึ่งในหมู่ช่างไฟฟ้าคือแนวคิดของแรงดันไฟฟ้า เรียกอีกอย่างว่าความต่างศักย์และไม่ใช่วลีที่ถูกต้องนัก เช่น แรงดัน ความหมายของชื่อก็เหมือนกัน แนวคิดนี้หมายถึงอะไรจริงๆ? บางที เริ่มต้นด้วย ฉันจะให้สูตรหนังสือ: แรงดันไฟฟ้า - นี่คืออัตราส่วนของการทำงานของสนามไฟฟ้าของประจุระหว่างการถ่ายโอนประจุทดสอบจากจุดที่ 1 ไปยังจุด 2. ดีและ พูดง่ายๆพูดก็อธิบายอย่างนี้.

ให้ฉันเตือนคุณว่ามีการเรียกเก็บเงินสองประเภท เหล่านี้เป็นค่าบวกที่มีเครื่องหมาย "+" และค่าลบที่มีเครื่องหมาย "-" พวกเราส่วนใหญ่ในวัยเด็กเล่นกับแม่เหล็กซึ่งได้มาโดยสุจริตจากรถอีกคันที่พังด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าที่พวกเขายืนอยู่ ดังนั้น เมื่อเราพยายามนำแม่เหล็กชนิดเดียวกันนี้เข้ามาใกล้กันมากขึ้น ในกรณีหนึ่งแม่เหล็กดึงดูดเข้าหากัน และหากแม่เหล็กตัวใดตัวหนึ่งหันไปทางอื่น

สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะแม่เหล็กใดๆ มีสองขั้ว เหล่านี้คือทิศใต้และทิศเหนือ ในกรณีที่ขั้วเท่ากันแม่เหล็กจะผลัก แต่เมื่ออยู่ตรงข้ามก็จะดึงดูด สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับประจุไฟฟ้า และแรงของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับจำนวนและความหลากหลายของอนุภาคที่มีประจุเหล่านี้ พูดง่ายๆ ว่ายิ่ง "บวก" มากเท่าไหร่ในวัตถุหนึ่ง และอีกชิ้นหนึ่ง "ลบ" ตามลำดับ วัตถุเหล่านั้นก็จะยิ่งดึงดูดเข้าหากันมากขึ้นเท่านั้น หรือในทางกลับกัน ขับไล่ด้วยประจุเดียวกัน (+ และ + หรือ - และ -)

ทีนี้ลองนึกภาพว่าเรามีลูกเหล็กเล็กๆ สองลูก หากคุณพิจารณาในจิตใจ คุณจะเห็นอนุภาคขนาดเล็กจำนวนมากที่อยู่ห่างกันเพียงเล็กน้อยและไม่สามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ สิ่งเหล่านี้คือนิวเคลียสของสสารของเรา อนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่า อิเล็กตรอน. พวกเขาสามารถแยกออกจากนิวเคลียสบางส่วนและเข้าร่วมกับนิวเคลียสได้จึงเดินทางไปทั่วลูกเหล็ก ในกรณีที่จำนวนอิเล็กตรอนตรงกับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ลูกบอลจะเป็นกลางทางไฟฟ้า

แต่ถ้าคุณเอาจำนวนหนึ่งออกไป ลูกบอลดังกล่าวมักจะดึงดูดอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งที่ขาดหายไปนี้มาที่ตัวมันเอง ทำให้เกิดสนามบวกรอบๆ ตัวมันเองด้วยเครื่องหมาย "+" ยิ่งขาดอิเล็กตรอนมากเท่าไหร่ก็จะยิ่งแข็งแกร่ง สนามบวก. ในลูกบอลที่อยู่ใกล้เคียง เราจะทำการเลี้ยวและเพิ่มอิเล็กตรอนพิเศษ เป็นผลให้เราได้รับส่วนเกินและเช่นเดียวกัน สนามไฟฟ้าแต่มีเครื่องหมาย "-"

เป็นผลให้เราได้รับสองศักยภาพ หนึ่งในนั้นต้องการรับอิเล็กตรอนและตัวที่สองจะกำจัดพวกมัน ความแน่นที่มากเกินไปเกิดขึ้นในลูกบอลและอนุภาคเหล่านี้ซึ่งมีสนามอยู่รอบ ๆ ดันและผลักออกจากลูกบอล และเมื่อขาดมัน จึงมีบางสิ่งคล้ายสุญญากาศเกิดขึ้น ซึ่งพยายามจะวาดสิ่งเหล่านี้ อิเล็กตรอน. มัน ตัวอย่างที่ดีความต่างศักย์และไม่มีอะไรมากไปกว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างกัน แต่ทันทีที่ลูกเหล็กเหล่านี้เชื่อมต่อกัน การแลกเปลี่ยนจะเกิดขึ้นและความตึงเครียดจะหายไป เนื่องจากความเป็นกลางเกิดขึ้น

กล่าวโดยคร่าว แรงที่มีแนวโน้มของอนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนจากส่วนที่มีประจุมากขึ้นไปยังส่วนที่มีประจุน้อยกว่าระหว่างจุดสองจุด จะทำให้เกิดความต่างศักย์ ลองนึกภาพสายไฟที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่จากไฟฉายธรรมดา ในแบตเตอรี่นั่นเอง ปฏิกิริยาเคมีซึ่งส่งผลให้มีอิเล็กตรอนมากเกินไป ("-") ภายในแบตเตอรี่จะถูกผลักไปที่ขั้วลบ อิเลคตรอนเหล่านี้มักจะกลับมาที่เดิม จากที่ที่เคยถูกผลักออกไปก่อนหน้านี้

พวกเขาไม่ประสบความสำเร็จในแบตเตอรี่ดังนั้นจึงยังคงรอสักครู่เมื่อพวกเขาจะสร้างสะพานในรูปแบบของตัวนำไฟฟ้าและพวกเขาจะวิ่งไปที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วซึ่งจะถูกดึงดูด ระหว่างนี้ไม่มีสะพานแล้วจะมีความปรารถนาที่จะข้ามไปในลักษณะนี้เอง แรงดันไฟฟ้าหรือ ความต่างศักย์(แรงดันไฟฟ้า).

ฉันจะยกตัวอย่างที่คล้ายกันในมุมมองที่ต่างออกไป มีก๊อกน้ำธรรมดาพร้อมน้ำ ก๊อกปิดอยู่และดังนั้นน้ำจะไม่ออกมาจากมัน แต่มีน้ำอยู่ภายในและยิ่งไปกว่านั้นมันอยู่ภายใต้แรงกดดันเนื่องจากแรงดันนี้จึงมีแนวโน้มที่จะแตกออก แต่ก๊อกน้ำที่ปิดนั้นป้องกันไม่ให้ และทันทีที่คุณหมุนที่จับก๊อกน้ำ น้ำก็จะไหลทันที ดังนั้น แรงดันนี้สามารถเปรียบเทียบได้คร่าวๆ กับแรงดันไฟ และน้ำกับอนุภาคที่มีประจุ การไหลของน้ำในตัวอย่างนี้จะทำหน้าที่เป็นกระแสไฟฟ้าในสายไฟและก๊อกน้ำแบบปิดในบทบาท สวิตช์ไฟฟ้า. ฉันให้ตัวอย่างนี้เพื่อความชัดเจนเท่านั้น และไม่ใช่การเปรียบเทียบที่สมบูรณ์!

ผิดปกติพอสมควร แต่คนที่ไม่ค่อยเกี่ยวข้องกับอาชีพช่างไฟฟ้ามักเรียกแรงดันไฟฟ้าว่า , นิพจน์คือแรงดันและนี่เป็นสูตรที่ไม่ถูกต้อง เนื่องจากแรงดันอย่างที่เราพบคือความต่างศักย์ของประจุไฟฟ้า และกระแสคือการไหลของอนุภาคที่มีประจุเหล่านี้เอง และปรากฎว่าการออกเสียงแรงดันไฟฟ้าส่งผลให้แนวคิดมีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อย

แรงดันไฟฟ้าเช่นเดียวกับปริมาณอื่นๆ ทั้งหมด มีหน่วยวัดเป็นของตัวเอง มีหน่วยวัดเป็นโวลต์ เหล่านี้เป็นโวลต์เดียวกับที่เขียนบนอุปกรณ์และอุปกรณ์จ่ายไฟ ตัวอย่างเช่น ในปลั๊กไฟบ้านปกติ 220 V หรือแบตเตอรี่ที่คุณซื้อด้วยแรงดันไฟฟ้า 1.5 V โดยทั่วไป ฉันคิดว่าคุณเข้าใจ ในแง่ทั่วไป, แรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่นี้คืออะไร. ในบทความนี้ ฉันใช้ความเข้าใจง่ายๆ ของคำศัพท์นี้เท่านั้นและไม่ได้ลงลึกถึงสูตรและสูตร เพื่อไม่ให้ความเข้าใจซับซ้อน อันที่จริงหัวข้อนี้สามารถศึกษาได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น แต่ขึ้นอยู่กับคุณและความต้องการของคุณแล้ว

ป.ล. ระวังเมื่อทำงานกับไฟฟ้า ไฟฟ้าแรงสูงอันตรายถึงชีวิต