Madame Lelica

자유 양전하 q 가 그림 1 과 같은 전기장에 의해 가속되면 운동 에너지가 부여됩니다. 이 과정은 중력장에 의해 가속되는 물체와 유사합니다. 마치 전하가 전기 포텐셜 에너지가 운동 에너지로 변환되는 전기 언덕을 내려가는 것처럼 말입니다., 우리가 전기 포텐셜 에너지의 정의를 개발할 수 있도록이 과정에서 전기장에 의해 전하 q 에서 수행 된 작업을 탐구하자.

정전 또는 쿨롱 힘은 보수적인 것을 의미하는 작업에 수행 q 독립적인 촬영 경로. 이것은 마찰과 같은 소산력이 없을 때의 중력과 정확히 유사합니다., 을 때는 힘을 보수적이,그것은 가을 정의 잠재적 에너지와 연결된 힘,그리고 그것은 일반적으로 다루기 쉽게 잠재적인 에너지(의존하기 때문에 단지에 위치)이상을 계산하는 작업이 직접 있습니다.

우리는 JOULES(J)의 단위를 갖는 전기 포텐셜 에너지를 나타 내기 위해 문자 PE 를 사용합니다. 변경에 잠재적 에너지,ΔPE,이 중요하기 때문에 의해 수행 된 작업에는 보수적 힘은 부정의 변경에 잠재적인 에너지;즉,W=–ΔPE., 예를 들어,나머지에서 양전하를 가속화하기 위해 수행 된 작업 W 는 양수이며 PE 의 손실 또는 음의 ΔPE 에서 발생합니다. W 를 양수로 만들기 위해 ΔPE 앞에 마이너스 기호가 있어야합니다. PE 에 발견될 수 있는 어떤 시점 중 하나를 복용하여 지점 기준으로 계산하는 데 필요한 작업을 이동하는 무료로 다른 지점입니다.

중력 포텐셜 에너지와 전기 포텐셜 에너지는 상당히 유사합니다. 잠재적 에너지에 대한 작업을 수행해 보수적인 힘과 추가 제공합에 관한 통찰력 에너지와 에너지 변환이 필요없이 다루기 힘이 직접 있습니다. 그것은 훨씬 더 일반적이,예를 들어,의 개념을 사용전압(과 관련된 전기 잠재적 에너지)을 처리하는 것보다 쿨롱력 직접 있습니다.,

을 계산하는 직접 작업은 일반적으로 어렵기 때문 W=Fd cos θ 고의 방향과 크기는 F 은 복잡할 수 있습에 대한 여러 요금에 대한 이상한 모양의 물체와 함께 임의의 경로입니다. 하지만 우리는 알아야 할 때문에,F=qE,작업,그리고 따라서 ΔPE,에 비례하 테스트 요금 q. 하는 물리량의 독립적인 테스트는 책임을 정의하는 전기 잠재적 V(또는 단순히 잠재적,전기 때문에 알 수)이 될 잠재적 에너지 단위당 요금 V=\frac{\text{PE}}{q}\\.,

PE 는 q 에 비례하므로 q 에 대한 의존성은 취소됩니다. 따라서 V 는 q 에 의존하지 않습니다., 변경에 잠재적 에너지 ΔPE 은 매우 중요하며,그래서 우리는 우려와 함께 차이에 잠재 또는 잠재적인 차이 ΔV 두 지점 사이,where

\displaystyle\Delta{V}=V_{\text{B}}-V_{\text{A}}=\frac{\Delta{\text{PE}}}{q}\\

잠재적인 차이 점을 A 와 B,VB−VA,따라서 정의된 변경에 잠재적 에너지의 충전 q 이동이 A 에서 B 로 나눈다. 잠재적 인 차이의 단위는 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)이후의 볼트(V)라는 이름이 주어진 쿨롱 당 줄이다.,

1\text{V}=1\frac{\text{J}}{\text{C}}\\

익숙한 용어 전압이 일반적인 이름에 대한 잠재적인 차이입니다. 전압이 인용 될 때마다 두 점 사이의 잠재적 인 차이로 이해된다는 것을 명심하십시오. 예를 들어,모든 배터리에는 두 개의 단자가 있으며 그 전압은 이들 사이의 전위차입니다. 더 근본적으로,당신이 제로 볼트로 선택하는 점은 임의적입니다. 이와 유사하다는 사실에 중력 에너지가 임의로,같은 바다 수준 또는 아마도 강당 층에 있습니다.,전압은 에너지와 동일하지 않습니다. 전압은 단위 충전 당 에너지입니다. 따라서는 오토바이 배터리고 자동차 배터리 모두가 같은 전압을(정확히 같은 잠재적인 차이를 배터리 터미널),아직 하나는 저장을 훨씬 더 많은 에너지보다는 다른 이후 ΔPE=qΔV. 둘 다 12V 배터리이지만 자동차 배터리는 오토바이 배터리보다 더 많은 충전량을 이동할 수 있습니다.앞의 예에서 계산 된 에너지는 절대 값입니다. 배터리의 포텐셜 에너지의 변화는 에너지를 잃어 버리기 때문에 부정적입니다., 이 배터리는 많은 전기 시스템과 마찬가지로 실제로 음전하-전자를 특히 움직입니다. 배터리 전자를 격퇴에서 자신의 부정적인 단자(A)을 통해 어떤 회로 참여하고 그들을 유치하여 자신의 긍정적인 터미널(B)그림 2 와 같. 에서 변경은 잠재적인 ΔV=VB–VA=+12V 고의 요금이 부정적이,그래서는 ΔPE=qΔV 은 부정적인 의미는 잠재적 에너지 배터리의 감소했을 때 q 에서 이동했 B.

전자 볼트

에너지당자가 아주 작은 거시적인 상황에서 그와 같은 예—의 아주 작은 부분이 줄. 하지만에 submicroscopic 규모로,그러한 에너지당 입자(전자,양성자,또는 이온)의 수 있습니다 매우 중요합니다., 예를 들어,심지어 작은 분수의 줄 수 있는 충분히 좋은 이러한 입자의 파괴하는 유기 분자와 해칠 생활 조직입니다. 입자는 직접 충돌로 피해를 입거나 유해한 엑스레이를 생성하여 피해를 입힐 수도 있습니다. 서브 마이크로 스코픽 효과와 관련된 에너지 유닛을 갖는 것이 유용하다. 그림 3 은 이러한 에너지 단위의 정의와 관련된 상황을 보여줍니다. 전자는 오래된 모델의 텔레비전 튜브 또는 오실로스코프에있을 수 있으므로 두 개의 충전 된 금속판 사이에서 가속됩니다., 전자는 나중에 다른 형태로 변환되는 운동 에너지를 부여받습니다—예를 들어 텔레비전 튜브의 빛. (전자에 대한 내리막 길은 양전하를 위해 오르막길이라는 점에 유의하십시오.)에너지가 ΔPE=qΔV 에 의해 전압과 관련되어 있기 때문에,우리는 joule 을 쿨롱-볼트로 생각할 수 있습니다.

에 submicroscopic 규모로,그것은 더 편리한을 정의하는 에너지는 전자 볼트(eV),이는 에너지를 부여하는 기본적인 요금 가속화를 통해 잠재적인 차이의 1V., 방정식 형태에서,

1V 의 전위차를 통해 가속 된 전자는 1eV 의 에너지가 주어진다. 그것은 50v 를 통해 가속 된 전자가 50eV 가 주어진다는 것을 따른다. 10 만 V(100kV)의 전위차는 전자에 100,000eV(100keV)등의 에너지를 줄 것입니다. 유사하게,100v 를 통해 가속 된 이중 양전하를 갖는 이온은 200eV 의 에너지가 주어질 것이다. 이러한 간단한 간의 관계를 가속화하는 전압 및 입자료들에게 전자 볼트는 간단하고 편리한 에너지 단위에서 이러한 상황이다.,

전자 볼트는 일반적으로 고용에서 submicroscopic 과정—화학 원자 에너지 고분자 및 핵 바인딩 에너지 사이에서 양현에서 전자 볼트. 예를 들어,특정 유기 분자를 분해하기 위해 약 5eV 의 에너지가 필요합니다. 는 경우 양성자 가속에서 휴식을 통해 잠재적인 차이가 30kV,그것은 주어진 에너지의 30keV(30,000eV)고 그것을 끊을 수 있습으로 많은 6000 이러한 분자의(30,000eV÷5eV 당 분자=6000 분자)., 핵 붕괴 에너지는 이벤트 당 1MeV(1,000,000eV)의 순서에 있으며 따라서 상당한 생물학적 손상을 일으킬 수 있습니다.

에너지 절약

총 에너지의 시스템은 보존된 경우에 없는 순가(또는 빼기)의 작업 또는 열 전송합니다. 정전기력과 같은 보수 세력의 경우 에너지 보존은 기계적 에너지가 일정하다고 말합니다.

기계적 에너지는 시스템의 운동 에너지와 포텐셜 에너지의 합이다;즉,KE+PE=상수. 하전 된 입자의 PE 의 손실은 그 KE 의 증가가된다., 여기서 PE 는 전기 포텐셜 에너지입니다. 에너지 보존은 KE+PE=상수 또는 KEi+PE i=KEf+PEf 로 방정식 형태로 명시되며,여기서 i 및 f 는 초기 및 최종 조건을 나타냅니다. 우리가 전에 여러 번 발견했듯이,에너지를 고려하면 우리에게 통찰력을 줄 수 있고 문제 해결을 용이하게 할 수 있습니다.

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