Električna potencijalna energija i potencijal - UNIOS · 2018. 12. 11. · 19.5 Kondenzatori i...
Transcript of Električna potencijalna energija i potencijal - UNIOS · 2018. 12. 11. · 19.5 Kondenzatori i...
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Električna potencijalna energija i potencijal
FIZIKAPSS-GRAD12. prosinca 2018.
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.1 Potencijalna energija
ponavljanje
(analogija s gravitacijskom silom)
W AB = mghB−mg hA =−mgΔ h
W AB = E p B−E p A =−Δ E p
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.1 Potencijalna energija
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.1 Potencijalna energija
W AB = E p B−E p A =−Δ E p
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.2 Razlika potencijala
Potencijalnu energiju po jedinici nabojanazivamo električnim potencijalom.
W ABq0
=E pBq0
−E p Aq0
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
DEFINICIJA ELEKTRIČNOG POTENCIJALA
Električni potencijal u nekoj točki je električna potencijalna energijamalog probnog naboja podijeljena s iznosom toga naboja:
jedinica SI električnog potencijala: J/C = V
19.2 Razlika potencijala
V =Epq0
ΔV = V B−V A =E pBq0
−E p Aq0
=−W ABq0
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Primjer 1 Rad, potencijalna energija ielektrični potencijal
Rad koji električna sila obavi na probnomnaboju (+2,0 · 10–6 C), da bi ga pomaknulaiz točke A u točku B, iznosi +5,0 · 10–5 J.
(a) Odredite razliku potencijalnih energija između tih točaka.
(b) Odredite razliku potencijala između tih točaka.
19.2 Razlika potencijala
ΔV = V B−V A =E pBq0
−E p Aq0
=−W ABq0
W AB = E p B−E p A =−Δ E p
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
(a)
(b)
19.2 Razlika potencijala
Δ E p =−W AB =−5,0⋅10−5 J
ΔV =−W ABq0
ΔV =− 5,0⋅10−5 J
2,0⋅10−6C= −25V
W AB = E p B−E p A =−Δ E p
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Konceptualni primjer 2 Ubrzavanje pozitivnih i negativnih naboja
Pozitivni probni naboj stavljen u točku A ubrzava prema točki B i dalje prematočki C. Ako je moguće samo gibanje po pravcu, kuda će krenuti negativni probni naboj ako ga stavimo u točku B?
19.2 Razlika potencijala
niži potencijal
viši potencijal
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Pozitivni naboj ubrzava iz područja višeg električnog potencijalaprema području nižeg električnog potencijala.
Negativni naboj ubrzava iz područja nižeg električnog potencijalaprema području višeg električnog potencijala.
19.2 Razlika potencijala
viši potencijal
niži potencijal
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
U ukupnu energiju koju tijelo može imati sada uključujemo i električnu potencijalnu energiju:
Jedan elektronvolt je iznos energije za koji se promijeni električna potencijalnaenergija elektrona kad on prođe razliku potencijala od jedan volt.
19.2 Razlika potencijala
E = mv2
2+ I ω
2
2+mgh+ kx
2
2+qV
1eV = e⋅1 V = 1,6⋅10−19 C⋅1 V = 1,6⋅10−19 J
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
potencijal točkastog naboja
19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji
viši potencijal
niži potencijal
V = k qr
V B−V A =−W ABq0
= k qr B
− k qr A
W AB =k qq0r A
−k qq0rB
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Primjer 5 Potencijal točkastog naboja
Izračunajte električni potencijal na udaljenosti 1,2 m od točkastog nabojaiznosa 4,0 · 10–8 C ako je taj naboj:(a) pozitivan; (b) negativan. Referentnatočka je potencijal u beskonačnosti (nula).
19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji
+4,0⋅10−8 C
1,2m
−4,0⋅10−8 C
1,2 m
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
(a)
19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji
V = k qr
V = 9,0⋅109 N m2 C−2⋅(+4,0⋅10−8C)
1,2 m
V =+300 V
(b)
V = 9,0⋅109 N m2 C−2⋅(−4,0⋅10−8 C)
1,2 m
V =−300 V
+4,0⋅10−8 C
1,2 m
−4,0⋅10−8 C
1,2m
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Primjer 6 Ukupni električni potencijal
Odredite ukupni električni potencijal u točkama A i B.
19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji
+8,0⋅10−9C −8,0⋅10−9 C
0,20 m 0,20 m 0,40 m
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.3 Razlika potencijala koju stvaraju točkasti naboji
V A =9,0⋅109 N m2C−2⋅(+8,0⋅10−9 C)
0,2 m+
9,0⋅109 N m2C−2⋅(−8,0⋅10−9 C)0,6 m
= +240 V
V B =9,0⋅109 N m2C−2⋅(+8,0⋅10−9 C)
0,4 m+
9,0⋅109 N m2 C−2⋅(−8,0⋅10−9 C)0,4m
= 0
+8,0⋅10−9C −8,0⋅10−9 C
0,20 m 0,20 m 0,40 m
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem
Ekvipotencijalna ploha je ploha na kojojje električni potencijal svugdje isti.
Kad se naboj giba po ekvipotencijalnoj plohielektrična sila ne obavlja rad.
ekvipotencijalneplohe
V = k qr
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Električno polje koje stvara pozitivni naboj (ili raspodjela pozitivnog naboja)svugdje je okomito na ekvipotencijalnu plohu i usmjereno od višeg prema nižem potencijalu.
19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem
viši potencijal
niži potencijal
silnicaelektričnogpolja
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem
ekvipotencijalne plohe
E =−ΔVΔ s
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Primjer 9 Električno polje i potencijal su povezani
Ploče kondenzatora razmaknute su 0,032 m, a razlika potencijala među pločama je –64 V. Razlika potencijala među ravninama a i b je –3,0 V.Nađite razmak tih ravnina.
19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem
ekvipotencijalne plohe
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.4 Ekvipotencijalne plohe i njihova veze s električnim poljem
E =−ΔVΔ s =−
64 V0,032m = 2000V/m
Δ s =−Δ VE =−3 V
2000 V/m = 1,5 mm
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.5 Kondenzatori i dielektrici
Pločasti kondenzator sastoji se od dviju metalnih ploča, od kojih jedna nosi naboj+q, a druga naboj –q.
Prostor između ploča obično se ispunjavadielektrikom (materijalom koji je izolator).
voltmetar
razlikapotencijala
dielektrik
razmakploča metalna ploča
(površine A)
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
ODNOS IZMEĐU NABOJA I RAZLIKE POTENCIJALA
Iznos naboja na svakoj ploči kondenzatora izravnoje proporcionalan razlici potencijala između ploča.
konstanta proporcionalnosti je kapactet C
jedinica SI za kapacitet: C/V = F
19.5 Kondenzatori i dielektrici
q = CV
voltmetar
razlikapotencijala
dielektrik
razmakploča
metalna ploča(površine A)
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.5 Kondenzatori i dielektrici
pozitivni površinskinaboj na dielektrikupozitivni površinskinaboj na dielektriku
negativni površinskinaboj na dielektriku
molekula
−q
−q
−q +q
+q
+qDIELEKTRIČNA KONSTANTA
Ako se između ploča kondenzatoranalazi dielektrik, kapacitet je znatno veći.
κ =E0E
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.5 Kondenzatori i dielektrici
pozitivni površinskinaboj na dielektrikupozitivni površinskinaboj na dielektriku
negativni površinskinaboj na dielektriku
molekula
−q
−q
−q +q
+q
+qKAPACITET PLOČASTOG KONDENZATORA
C =κϵ0 A
d
κ =E0E
q = CV
E0 =q
ϵ0 A
E = Vd
q =κϵ0 A
dV
qϵ0 A
= κVd
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
ENERGIJA SPREMLJENA U KONDENZATOR
19.5 Kondenzatori i dielektrici
E = 12 CV2
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
PITANJA ZA PONAVLJANJE
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.6 Biomediconske primjene razlike električnog potencijala
dendriti
tijelo stanice
akson
živčani završecisinapsa
drugi neuronili mišić
međustanična tekućina (iznutra)
međustanična tekućina (iznutra)
međustanična tekućina (izvana)
stanična membrana
međustanična tekućina (iznutra)
sloj pozitivnognaboja
sloj negativnognaboja
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.6 Biomediconske primjene razlike električnog potencijala
akcijski potencijal
vrijeme (ms)
po
tenc
ijal m
embr
ane
(mV)
dotok Na+
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
19.6 Biomediconske primjene razlike električnog potencijala
EKG (normalni) EKG (abnormalni)
razlikapotencijala
razlikapotencijala
vrijemevrijeme
elektrode
EKG = ElektroKardioGrafija (dijagnostička metoda kojom se bilježe akcijski potencijali srca)
-
Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
PITANJA ZA PONAVLJANJE
1. Električna potencijalna energija
2. Električni potencijal
3. Ekvipotencijalna ploha
4. Kondenzator
5. Elektronvolt
6. Ubrzavanje električnog naboja razlikom potencijala
7. Dielekrična konstanta
8. Kapacitet pločastog kondenzatora
9. Energija spremljena u kondenzator
10. Električni potencijal točkastog naboja
PITANJA ZA PONAVLJANJE