Напряжение между точками однородного электростатического равно 1000

Какова разность потенциалов между точками поля, если при перемещении заряда 12 мкКл из одной точки в другую электростатическое поле совершает работу 0,36 мДж? (Ответ дать в вольтах.)

Разность потенциалов представляет собой работу по переносу единичного заряда между точками поля. Следовательно, разность потенциалов равна

Модуль напряженности однородного электрического поля равен 100 В/м. Каков модуль разности потенциалов между двумя точками, расположенными на одной силовой линии поля на расстоянии 5 см? (Ответ дать в вольтах.)

Модуль разности потенциалов между точками, расположенными на одной силовой линии, связана с расстоянием между этими точками и напряженностью однородного электрического поля соотношением

В электрическую цепь включена медная проволока длиной При напряженности электрического поля сила тока в проводнике равна 2 А. Какое приложено напряжение к концам проволоки? (Ответ дать в вольтах.)

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в однородном электрическом поле, расстояние между этими точками и напряженность поля связаны соотношением Внутри медной проволоки действует однородное электрическое поле, создаваемое источником. Следовательно, к концам проволоки приложено напряжение

В задачах части А часто дают лишние данные, чтобы немного запутать. Не переживайте по этому поводу.

Данияр Кульниязов (Соль Илецк) 15.05.2012 20:45:

При отсутствии силы тока ответ будет другим. Внутри проводника электростатического поля нет.

Может и есть, но в этой конкретной задаче исходя из школьного курса нет. В некоторых задачах здесь на сайте это учитывается.

Мякишев и др. Физика. 10 класс. § 103. Условия необходимые для существования электрического тока.

«Обычно именно электрическое поле внутри проводника служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц».

В данной задаче напряжённость не зависит от силы тока. При другой силе тока (изменив, например, площадь сечения проволоки) ответ получается тот же. Условие, что сила тока именно 2 А, лишнее.

Вообще условие задачи неправдоподобно. Для того чтобы сопротивление медной проволоки было 10 В / 2 А = 5 Ом, площадь её сечения должна быть 0,017 · 0,2 / 5 = 0,00068 мм 2 , т. е. диаметр проволоки 0,03 мм. Медная проволока такого сечения при силе тока 2 А моментально расплавится.

Шар радиусом 10 см равномерно заряжен электрическим зарядом. В таблице представлены результаты измерений модуля напряжённости E электрического поля от расстояния r до поверхности этого шара. Чему равен модуль заряда шара? (Ответ дать в нКл.) Коэффициент k принять равным 9·10 9 Н·м 2 /Кл 2 .

r, см	10	20	30	40	50
E, В/м	900	400	225	144	100

Напряжённость электрического поля любого сферически симметричного распределения зарядов, вне этих зарядов рассчитывается по формуле где R — расстояние от центра симметрии, в данном случае от центра шара. Заметим, что в таблице нам дано расстояние от поверхности шара. Если обозначить радиус шара за то Используя два любых соответственных значения E и r, найдём заряд шара:

Источник

Физика. 10 класс

§ 22. Разность потенциалов электростатического поля. Напряжение. Связь между напряжением и напряжённостью однородного электростатического поля

Потенциальная энергия любой системы тел, взаимодействующих посредством потенциальных сил, зависит от выбора нулевой точки (нулевого уровня). Однако изменение потенциальной энергии однозначно характеризует процесс перехода системы из одного состояния в другое. Это относится и к изменению потенциальной энергии заряженной частицы (заряда) в электростатическом поле.

Разность потенциалов. Перемещение заряженных частиц в электростатическом поле, сопровождаемое изменением их потенциальной энергии, характеризуют, используя понятие «разность потенциалов». Как и приращение потенциальной энергии, разность потенциалов не зависит от выбора нулевой точки. Пусть пробный заряд q₀ перемещается в электростатическом поле под действием силы поля из точки 1 в точку 2, потенциалы которых φ₁ и φ₂ (рис. 118).

Разность потенциалов U₁₂ между двумя точками электростатического поля — физическая скалярная величина, равная отношению работы, совершаемой силой поля при перемещении пробного заряда из начальной точки в конечную, к значению этого заряда:

С учётом выражений (21.3) и (21.4) получим:

Из выражения (22.1) следует, что разность потенциалов численно равна убыли потенциальной энергии перемещаемого в поле единичного пробного заряда.

Противоположную по знаку разности потенциалов величину называют приращением потенциала Δφ₁₂ = φ₂ – φ₁ = –( φ₁ – φ₂) = –U ₁₂.

За единицу разности потенциалов в СИ принимают вольт (В). 1 В — разность потенциалов U₁₂ таких двух точек поля, для которых при перемещении заряда 1 Кл из точки 1 в точку 2 сила, действующая на заряд со стороны поля, совершила бы работу 1 Дж.

Отметим, что когда говорят о «потенциале поля в некоторой точке», под этим всегда понимают разность потенциалов между этой точкой и точкой, потенциал поля в которой приняли равным нулю.

Потенциал проводника можно измерить электрометром. Для этого проводник соединяют со стрелкой электрометра, корпус которого заземляют. Отклонение стрелки электрометра покажет наличие разности потенциалов между проводником и Землёй. Приняв потенциал Земли равным нулю, можно считать, что электрометр измеряет потенциал проводника.

Если имеются два заряженных проводника, то, соединив один из них со стрелкой, а другой — с корпусом электрометра, измеряют разность потенциалов между заряженными проводниками.

Источник

Связь между напряжением и напряжённостью. Эквипотенциальные поверхности

Урок 48. Физика 10 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Связь между напряжением и напряжённостью. Эквипотенциальные поверхности»

В 1839 году немецкий учёный Карл Фридрих Гаусс предложил изображать электростатические поля с помощью эквипотенциальных поверхностей.

Эквипотенциальной называется воображаемая поверхность, в каждой точке которой потенциал одинаков.

Из определения эквипотенциальной поверхности следует, что разность потенциалов между двумя любыми её точками равна нулю.

Давайте с вами вспомним, что разностью потенциалов называют скалярную физическую величину, численно равную отношению работы сил поля по перемещению заряда между данными точками поля к величине этого заряда:

Из этого определения следует, что при переносе заряда вдоль эквипотенциальной поверхности работа полем не совершается (то есть она равна нулю).

Однако мы с вами знаем, что в общем случае работа сил электростатического поля пропорциональна переносимому заряду, модулю напряжённости поля, модулю перемещению и косинусу угла между направлением вектора электрической силы и вектора перемещения:

Но в записанной формуле значения заряда, модуля напряжённости и модуля перемещения всегда отличны от нуля. Поэтому должно равняться нулю значение косинуса угла альфа. А это значит, что угол альфа должен быть равен 90 о . Отсюда следует, что линии напряжённости электростатического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Так, например, эквипотенциальные поверхности однородного электростатического поля представляют собой плоскости, перпендикулярные линиям напряжённости. А эквипотенциальные поверхности точечного заряда — это сферы, в центре которых расположен заряд.

Зная картину эквипотенциальных поверхностей, можно определить напряжённость поля в любой его точке. Например, пусть заряд перемещается с одной эквипотенциальной поверхности на другую, расстояние между которыми по нормали равно d.

Мы уже знаем, что в этом случае работа, совершаемая электростатическим полем по перемещению заряда прямо пропорциональна величине этого заряда, напряжённости поля и модулю перемещения заряда:

С другой стороны, работа поля по перемещению заряда из одной его точки в другую пропорциональна значению переносимого заряда и разности потенциалов начальной и конечной точек:

Давайте почленно разделим первое уравнение для работы на второе:

А из полученного выражения выразим модуль напряжённости поля:

Полученная нами формула выражает связь между напряжённостью и разностью потенциалов (или напряжением) однородного электростатического поля. На её основании и вводится единица напряжённости в СИ — вольт на метр (В/м).

1 В/м — это модуль напряжённости такого однородного электростатического поля, в котором напряжение между двумя точками, лежащими на одной силовой линии на расстоянии 1 м, составляет 1 В.

В заключении отметим, что при изучении электростатического поля мы очень часто сравнивали его с гравитационным полем Земли.

В таблице представлены соответствия между механическими и электрическими величинами этих полей. Обсудите их со своим соседом (или соседкой) по парте.

А теперь, для закрепления материала, решим с вами несколько несложных задач. Задача 1. Напряжённость однородного электростатического поля, образованного двумя эквипотенциальными поверхностями, равна 10 кВ/м. Определите расстояние между этими поверхностями, если потенциал одной из них равен 200 В, а второй — – 150 В.

Задача 2. Между двумя разноимённо заряженными параллельными пластинами, находящимися на расстоянии 1 см друг от друга, покоится отрицательно заряженная капелька масла, плотность которого 900 кг/м 3 . Определите модуль заряда капельки, если её радиус равен 8 нм, а напряжение между пластинами составляет 650 В.

Источник

Решение задач по физике — потенциал электростатического поля

Изучению методов решения задач по теме «Потенциал электростатического поля» следует уделять особое внимание. От того, насколько хорошо ученик усвоит данный материал, зависит глубина понимания последующих разделов курса физики (в первую очередь тем, связанных с постоянным и переменных электрическим током). Умение решать задачи на нахождение потенциала является, кроме того, одним из требований к Единому Государственному Экзамену (ЕГЭ) по физике 2012 года.

Прежде чем приступить к решению типовых задач, вспомним основные теоретическое сведения, связанные с этой темой:

Электростатическое поле является потенциальным. Это означает, что работа сил электрического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Если же траектория перемещения заряда не является замкнутой,

Работа электрических сил при малом перемещении заряда

то работа электростатического поля в этом случае определяется следующим образом: ΔA = EqΔlcos α, где E — напряженность поля в данной точке, q — величина заряда, Δl — величина малого перемещения заряда, α — угол между направлением напряженности поля и перемещением заряда.

Если переместить заряд q из точки с потенциальной энергией W₁ в точку с потенциальной энергией W₂, то разница этих энергий будет равна работе, которую совершит при этой электрическое поле: A = W₂ − W_1.

Работа, совершаемая полем при перемещении заряда из одной точки в другую, равняется разности потенциальных энергий заряда в этих точках

Потенциал электрического поля — физическая скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии электрического заряда в данной точке электростатического поля к величине этого заряда:

Потенциал — энергетическая характеристика поля. В международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В).

Потенциал поля точечного разряда и заряженной сферы определяется соотношением:

где r — расстояние от заряда или центра сферы до данной точки пространства (в случае со сферой эта точка должна располагаться вне сферы), q — величина заряда, k = 9 · 10 9 Н·м 2 /Кл 2 — постоянный коэффициент. Потенциал внутри сферы в любой точке одинаков и равен потенциалу на ее поверхности:

Работа по перемещению электрического зарядаq из одной точки пространства в другую равна произведению этого заряда на разность потенциалов между этими точками: A₁₂ = q(φ₂ − φ₁).
Напряжение между двумя точками однородного электростатического поля и напряженность этого поля связаны соотношением: U = Ed, где d — расстояние между эквипотенциальными поверхностями, которым принадлежат эти точки.

Приступим теперь к решению задач. Как и всегда рекомендую читателю решить их сперва самостоятельно, а полученные решения сравнивать с приведенными в статье. Некоторые задачи взяты из реальных вариантов ЕГЭ по физике разных лет, а также из пособий, рекомендованных для подготовки к этому экзамену.

Задача 1. При перемещении заряда между точками с разностью потенциалов 1 кВ электрическое поле совершило работу 40 мкДж. Чему равен заряд?

Решение: решаем устно. Из формулы A₁₂ = q(φ₂ − φ₁) получаем, что q = A / (φ₂ − φ₁) = 40 · 10 − 6 / 10 3 = 4 · 10 − 8 Кл.

Ответ: 4 · 10 − 8 Кл.

Задача 2. В однородном электрическом поле напряженностью 60 кВ/м переместили заряд 5 нКл. Перемещение, равное по модулю 20 см, образует угол 60 0 с направлением силовой линии. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии взаимодействия заряда и поля и напряжение между начальной и конечной точками перемещения. Дать ответы на те же вопросы для случая перемещения отрицательного заряда.

Решение: работу поля по перемещению заряда можно вычислить по формуле A = Eqlcos α = 60 · 10 3 · 5 · 10 − 9 · 0.2 · cos 60 0 = 3 · 10 − 5 Дж. Изменение потенциальной энергии в данном случае равно совершенной работе, следовательно: ΔW = —A = —3 · 10 − 5 Дж (потенциальная энергия уменьшилась). Напряжение определяется через напряженность поля по формуле: U = Ed = Elcos α, поскольку в данном случае в заряд перемещали под углом к направлению силовых линий. Итак, U = 60 · 10 3 · 0.2 · cos 60 0 = 6000 В. В случае с отрицательным зарядом значения A и ΔW просто изменят знак.

Ответ: 3 · 10 − 5 Дж, —3 · 10 − 5 Дж, 6000 В, -3 · 10 − 5 Дж, 3 · 10 − 5 Дж, 6000 В.

Задача 3. Электрон переместился в ускоряющем электрическом поле из точки с потенциалом 200 В в точку с потенциалом 300 В. Найти кинетическую энергию электрона, изменение его потенциальной энергии и приобретенную скорость. Начальную скорость электрона считать равной нулю.

Решение: работу, которую совершило поле при перемещении электрона, находим следующим образом: A₁₂ = q(φ₂ − φ₁) = 1.6 · 10 -19 · (300 — 200) = 1.6 · 10 -17 Дж. Значит изменение потенциальной энергии электрона в поле равно: ΔW = —A = —1.6 · 10 − 17 Дж. Это уменьшение компенсируется увеличением его кинетической энергии на такое же значение, что следует из закона сохранения энергии: E = 1.6 · 10 − 17 Дж. Поскольку E = mυ 2 / 2, то υ = √(2E / m) = √(2 · 1.6 · 10 − 17 /9.1 · 10 − 31 ) = 6 Мм/с.

Ответ: 1.6 · 10 − 5 Дж, —1.6 · 10 − 5 Дж, 6 Мм/с.

Задача 4. Какую разность потенциалов должен пройти электрон, чтобы его скорость увеличилась от 10 до 30 Мм/с?

Решение: изменение кинетической энергии электрона при прохождении такой разности потенциалов можно найти из соотношения: ΔE = mυ₂ 2 / 2 — mυ₁ 2 / 2 = 8 / 18 · 9.1 · 10 − 31 · (30 · 10 6 ) 2 = 3.6 · 10 − 16 Дж. Это же изменение по закону сохранения энергии равняется работе, которую совершило при этом электрическое поле: E = —A = -3.6 · 10 − 16 Дж. Используя соотношение, записанное в самом начале, получаем: φ₂ − φ₁ = A / q = -3.6 · 10 − 16 / 1.6 · 10 -19 = -2250 В.

Ответ: -2250 В.

Профессиональный репетитор
по физике и математике
Сергей Валерьевич

Источник