NexTutor
Wirtualne laboratorium/Fizyka/Elektrostatyka/Potencjał elektryczny — napięcie i praca

Potencjał elektryczny — napięcie i praca

Zmieniaj ładunek i odległość — potencjał V=kQ/r maleje z r. Przenoszenie ładunku między punktami o różnym potencjale wymaga pracy W=qU, ale wzdłuż powierzchni ekwipotencjalnej praca wynosi zero. Zobacz linie ekwipotencjalne.

Fizyka · Elektrostatyka · Potencjał elektryczny (FIZ.ELST.PP.05)
Ładunek źródła QQ5 nC
Odległość punktu rr2.0 m
Przenosząc ładunek między dwoma punktami o tym samym potencjale (po tej samej powierzchni ekwipotencjalnej), praca wynosi:
ładunek Q
5 nC
odległość r
2.0 m
potencjał V
22.5 V
praca po ekwipot. W
0.00 nJ

Co się właśnie stało?

Przeniosłeś ładunek próbny po okręgu r=constr = \text{const} wokół źródła. Wszystkie punkty tego okręgu mają ten sam potencjał, więc różnica potencjałów jest zerowa i praca też — niezależnie od długości drogi.

Potencjał ładunku punktowego:

V=kQrV = k\,\dfrac{Q}{r}

— potencjał jest wprost proporcjonalny do ładunku źródła i odwrotnie proporcjonalny do odległości. QQ — ładunek źródła (C), rr — odległość (m), k9109 Nm2C2k \approx 9\cdot10^{9}\ \tfrac{\mathrm{N\,m^2}}{\mathrm{C^2}}.

Napięcie i praca:

U=V1V2W=qΔV=q(V1V2)U = V_1 - V_2 \qquad W = q\,\Delta V = q\,(V_1 - V_2)

Napięcie to różnica potencjałów dwóch punktów, a praca przeniesienia ładunku qq zależy wyłącznie od tej różnicy — nie od kształtu drogi. Gdy V1=V2V_1 = V_2, to W=0W = 0.

Co to znaczy w praktyce?

Powierzchnie ekwipotencjalne są zawsze prostopadłe do linii pola. Poruszając się po nich, pole nie wykonuje pracy — tak jak jazda po poziomicy w górach nie zmienia wysokości. Pracę wykonujesz dopiero, przechodząc między różnymi „poziomicami" potencjału.

Po co Ci to na maturze:

V=kQ/rV = kQ/r plus W=qΔVW = q\,\Delta V rozwiązują większość zadań z potencjału i napięcia. Chwyt: policz potencjał w każdym punkcie, odejmij — dostaniesz napięcie, a po pomnożeniu przez ładunek pracę. Ekwipotencjalna ⇒ ΔV=0\Delta V = 0W=0W = 0.

Zapamiętaj: potencjał maleje z odległością — V = kQ/r, a praca zależy tylko od różnicy potencjałów — W = q·ΔV. Po ekwipotencjalnej praca jest zawsze zerowa.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Ile wynosi praca przy ruchu po ekwipotencjalnej?

Zero — bo różnica potencjałów ΔV=0, a praca W=qΔV; położenie się zmienia, ale energia potencjalna nie.

Czym różni się potencjał od napięcia?

Potencjał V to wielkość w danym punkcie (kQ/r), a napięcie U to różnica potencjałów między dwoma punktami.

Jak liczyć pracę pola elektrycznego?

W=qU=q·ΔV — zależy tylko od ładunku i różnicy potencjałów, nie od kształtu drogi.