Работа электрического поля
Работа электрического поля показывает, какую энергию поле передаёт заряду при его перемещении из одной точки в другую. В электростатике её находят через заряд и разность потенциалов, или через напряжение между начальной и конечной точками.
Перед применением формулы полезно повторить понятие напряжения. Если заряд \(q\) перемещается из точки 1 в точку 2, то напряжение \(U_{12}\) понимают как разность потенциалов начальной и конечной точек: \(U_{12}=\varphi_1-\varphi_2\).
Формула
В этой жазбалар \(q\) — заряд частицы, а \(U_{12}\) — напряжение при перемещении из точки 1 в точку 2. Единица работы — джоуль: \(1\,\text{Дж}=1\,\text{Кл}\cdot1\,\text{В}\). Если работа поля положительна, поле ускоряет движение заряда и передаёт ему энергию. Если работа отрицательна, внешняя сила должна совершать работу против действия поля.
Заряд \(q=2\,\text{Кл}\) перемещают между точками, напряжение между которыми \(U_{12}=6\,\text{В}\). Работа поля: \(A=qU_{12}=2\cdot6=12\,\text{Дж}\). Положительный результат означает, что поле передало заряду \(12\,\text{Дж}\) энергии.
Формула формулы работы электрического поля использует напряжение с выбранным направлением: \(U_{12}=\varphi_1-\varphi_2\). При перестановке точек получается \(U_{21}=-U_{12}\), поэтому и работа меняет знак. Для отрицательного заряда знак работы также учитывают: например, при \(q<0\) положительное напряжение даёт отрицательную работу.
Как изменится работа поля, если при том же напряжении заряд увеличить в 3 раза?
Работу поля можно связать с потенциальной энергией заряда: изменение потенциальной энергии равно \(\Delta E_p=-A\). Поэтому при положительной работе поля потенциальная энергия заряда уменьшается. Подробнее это рассматривается на странице потенциальной энергии электрического заряда.
Главное
- Работа поля при переносе заряда: \(A=qU_{12}=q(\varphi_1-\varphi_2)\).
- Знак работы определяется знаками заряда и напряжения, а также порядком начальной и конечной точек.
- В электростатическом поле работа не зависит от траектории перемещения.