1. Ηλεκτρική Δυναμική Ενέργεια
Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια μεταξύ δυο ηλεκτρικών φορτίων $Q$ και $q$, είναι ιδιότητα του συστήματος των δύο φορτίων. Η ιδιότητα αυτή οφείλεται στην ύπαρξη των ηλεκτρικών δυνάμεων αλληλεπίδρασης μεταξύ των φορτίων. Αν τα δύο φορτία βρεθούν σε άπειρη απόσταση το ένα ως προς το άλλο, τότε πρακτικά δεν ασκείται δύναμη Coulomb και η δυναμική ενέργεια του συστήματος θεωρούμε ότι μηδενίζεται.
Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια δύο ηλεκτρικών φορτίων $Q$ και $q$, που απέχουν απόσταση $r$ μεταξύ τους υπολογίζεται από την εξίσωση: $U=k\dfrac{Q \cdot q}{r}$
Προσοχή! Το πρόσημο της δυναμικής ενέργειας μπορεί να είναι θετικό ή αρνητικό, αν τα φορτία Q, q είναι ομώνυμα ή ετερώνυμα αντίστοιχα.
Μονάδα μέτρησης της ενέργειας είναι το 1 Joule (J)
Στο παραπάνω σχήμα, κατά τη μετακίνηση του ηλεκτρικού φορτίου $+q$ από τη θέση (Γ) σε άπειρη απόσταση (πρακτικά σε απόσταση που η δύναμη αλληλεπίδρασης να μπορεί να θεωρηθεί αμελητέα), το έργο της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου ισούται με: $W_{Γ \rightarrow \infty}=U_{Γ}$, όπου $U_{Γ}=k \frac{Q \cdot q}{r_{Γ}}$, η δυναμική ενέργεια όταν το φορτίο $q$ απέχει από το $Q$ απόσταση $r_{Γ}$. 2. Δυναμικό
Δυναμικό σε μία θέση (Γ) ηλεκτρικού πεδίου, ονομάζεται το μονόμετρο φυσικό μέγεθος, που είναι ίσο με το πηλίκο της δυναμικής ενέργειας φορτίου q στη θέση Γ προς το φορτίο αυτό: Το δυναμικό δίνεται από τη σχέση:
$V_{Γ}= \dfrac{U_{Γ}}{q}$
Επειδή $W_{Γ \rightarrow \infty}=U_{Γ}$, ισχύει και:
$V_{Γ}= \dfrac{W_{Γ \rightarrow \infty}}{q}$
Μονάδα μέτρησης του δυναμικού στο S.I. είναι το 1Volt = 1Joule/1Coulomb ή 1V=1J/1C.
Δυναμικό ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb
Με βάση τη σχέση ορισμού του φυσικού μεγέθους του δυναμικού: $V_{Γ} = U_{Γ}/q$ και αντικαθιστώντας τη δυναμική ενέργεια φορτίου q στη θέση (Γ) με τη σχέση: $U_{Γ} = k\dfrac{Q·q}{r}$ έχουμε:
$V_{Γ} = k \dfrac{Q}{r}$
όπου Q το φορτίο που δημιουργεί το πεδίο και r η απόσταση μεταξύ του σημείου (Γ) και του φορτίου Q.
3. Διαφορά δυναμικού
Η διαφορά δυναμικού (τάση) μεταξύ δύο σημείων (Σ) και (Ρ) ηλεκτρικού πεδίου ισούται με το πηλίκο του έργου της δύναμης του πεδίου κατά τη μεταφορά δοκιμαστικού φορτίου q από τη θέση (Σ) στη θέση (Ρ), προς το φορτίο αυτό:
$V_{ΣΡ}=V_{Σ}-V_{Ρ} = \dfrac{U_{Σ}-U_{P}}{q}= \dfrac{W_{Σ \rightarrow P}}{q}$
Επομένως η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων (Σ) και (Ρ) μας δίνει: το έργο της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου ανά μονάδα φορτίου για τη μετακίνησή του από τη θέση (Σ) στη θέση (Ρ).
Ερώτηση: Να εξηγήσετε γιατί τα θετικά ηλεκτρικά φορτία αν αφεθούν ελεύθερα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο κινούνται από το υψηλότερο προς το χαμηλότερο δυναμικό (το αντίστροφο συμβαίνει με τα αρνητικά ηλεκτρικά φορτία).
Πειραματιστείτε με το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργούν ηλεκτρικά φορτία:
Πυκνωτής είναι μια διάταξη με την οποία επιτυγχάνεται η αποθήκευση του ηλεκτρικού φορτίου. Ο πυκνωτής χρησιμεύει ως αποθήκη ηλεκτρικού φορτίου και επομένως ηλεκτρικής ενέργειας. Αποτελείται από δύο αγωγούς που διαχωρίζονται από ένα μονωτικό υλικό.
 |
Απεικόνιση ενός ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου πυκνωτή.
|
