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전기장에서 입자의 운동에 대한 연구를 처음 수행 할 때는 이미 중력 및 중력장에 관해 무언가를 배웠을 가능성이 높습니다.
그것이 일어날 때, 질량을 갖는 입자를 지배하는 많은 중요한 관계와 방정식은 정전 기적 상호 작용의 세계에 대응하여 부드러운 전환을 만듭니다.
질량과 속도가 일정한 입자의 에너지가 V ~의 합이다 운동 에너지 이자형케이관계를 사용하여 찾을 수 있습니다. mv2/ 2 중력 잠재력 에너지 이자형피제품을 사용하여 찾음 mgh 어디 지 중력으로 인한 가속도 h 수직 거리입니다.
보시다시피, 하전 입자의 전위 에너지를 찾는 것은 유사한 수학을 포함합니다.
전기장, 설명
하전 입자 큐 전계를 확립하다 이자형 입자로부터 모든 방향으로 대칭 적으로 바깥쪽으로 방사되는 일련의 선으로 시각화 할 수 있습니다. 이 필드는 힘을 전달합니다 에프 다른 하전 입자에 큐. 힘의 크기는 Coulombs 상수에 의해 좌우됩니다 케이 요금 사이의 거리 :
F = frac {kQq} {r ^ 2}케이 크기가 9 × 109 Nm2/ 씨2, 어디 씨 물리학의 기본 단위 인 Coulomb을 나타냅니다. 양으로 하전 된 입자는 하전이 격퇴되는 동안 음으로 하전 된 입자를 끌어 당깁니다.
거꾸로 힘이 줄어드는 것을 볼 수 있습니다 광장 단순히 "거리"가 아닌 거리 증가의 경우 아르 자형 지수가 없을 것입니다.
힘도 쓸 수 있습니다 에프 = qE또는 대안 적으로, 전기장은 다음과 같이 표현 될 수있다 이자형 = 에프/큐.
중력과 전기장의 관계
질량이있는 별이나 행성과 같은 거대한 물체 엠 전기장과 같은 방식으로 시각화 할 수있는 중력장을 설정합니다. 이 필드는 힘을 전달합니다 에프 질량이 큰 다른 물체에 엠 거리의 제곱에 따라 크기가 감소하는 방식으로 아르 자형 그들 사이에:
F = frac {GMm} {r ^ 2}어디 지 보편적 인 중력 상수입니다.
이러한 방정식과 이전 섹션의 방정식 사이의 유사성이 분명합니다.
전기 잠재적 에너지 방정식
정전 전위 에너지의 공식 유 하전 입자의 경우, 전하의 크기와 극성 및 분리를 설명합니다.
U = frac {kQq} {r}작업 (에너지 단위를 가짐)이 힘과 거리라는 것을 기억한다면, 이것은 왜이 방정식이 "아르 자형"분모에. 이전에 거리를 곱합니다. 아르 자형 후자를 제공합니다.
두 충전 사이의 전기 전위
이 시점에서 왜 전하와 전기장에 대한 이야기가 많았지 만 전압에 대한 언급이 없는지 궁금 할 것입니다. 이 수량 V, 단순히 단위 충전 당 전위 에너지입니다.
전위차는 입자를 이동시키기 위해 전기장에 대해 수행해야하는 작업을 나타냅니다. 큐 필드가 암시하는 방향에 대해 즉, 이자형 양으로 하전 된 입자에 의해 생성됩니다 큐, V 양으로 하전 된 입자를 거리만큼 이동시키기 위해 단위 전 하당 필요한 작업 아르 자형 그들 사이에, 그리고 또한 같은 전하 크기로 음으로 하전 된 입자를 이동시키는 것 아르 자형 떨어져 ...에서 큐.
전기 잠재적 에너지 예
입자 큐 +4.0 나노 쿨롬 (1 nC = 10)의 전하로 –9 Coulombs)는 (는) 아르 자형 -8.0 nC의 충전에서 50cm (즉, 0.5m) 떨어져 있습니다. 잠재적 인 에너지는 무엇입니까?
begin {aligned} U & = frac {kQq} {r} & = frac {(9 × 10 ^ 9 ; {N} ; {m} ^ 2 / {C} ^ 2 ) × (+8.0 × 10 ^ {-9} ; {C}) × (–4.0 × 10 ^ {-9} ; {C})} {0.5 ; {m}} & = 5.76 × 10 ^ {-7} ; {J} end {aligned}음수 부호는 전하가 반대이므로 서로 끌어 당깁니다. 주어진 에너지의 주어진 변화를 초래하기 위해 수행되어야하는 일의 양은 같은 크기이지만 반대 방향이며,이 경우 전하를 분리하기 위해 (중력에 대해 물체를 들어 올리는 것과 같이) 긍정적 인 일을해야합니다.