Потенциальная энергия электрического заряда
Потенциальная энергия электрического заряда — это энергия, которой заряд обладает из-за своего положения в электрическом поле. При перемещении заряда поле может совершить работу, изменяя его потенциальную энергию.
Нулевой уровень потенциальной энергии выбирают условно. Поэтому сама энергия может зависеть от выбора этого уровня, а физический смысл обычно имеет её изменение. Если поле совершает положительную работу, заряд движется в направлении действия электрической силы, и его потенциальная энергия уменьшается.
Связь с потенциалом и работой
Потенциальная энергия связана с электрическим потенциалом формулой \(W_p=q\varphi\). Для перемещения заряда из точки 1 в точку 2 работа электрического поля равна уменьшению потенциальной энергии:
Для положительного заряда движение к меньшему потенциалу обычно сопровождается уменьшением энергии. Для отрицательного заряда знак меняется из-за отрицательного значения \(q\). В однородном поле при перемещении вдоль силовой линии также используют \(A=qEd\), если перемещение направлено вдоль поля.
Заряд \(q=2\,\text{Кл}\) переместился, и поле совершило работу \(A=6\,\text{Дж}\). Тогда \(\Delta W_p=-A=-6\,\text{Дж}\). Потенциальная энергия заряда уменьшилась на \(6\,\text{Дж}\).
Потенциальная энергия заряда — это энергия взаимодействия заряда и поля. Энергия электрического поля — энергия, запасённая самим полем в пространстве. Это связанные, но разные понятия.
Поле совершило над положительным зарядом работу \(10\,\text{Дж}\). Как изменилась потенциальная энергия заряда?
Главное
- Потенциальная энергия заряда определяется его положением в электрическом поле и выбором нулевого уровня.
- Работа поля равна убыли потенциальной энергии: \(A=-\Delta W_p\).
- Связь с потенциалом задаётся формулой \(W_p=q\varphi\); энергия поля и энергия заряда — не одно и то же.