전기장에서 입자의 움직임을 처음으로 연구 할 때 중력과 중력장에 대해 이미 배웠을 가능성이 큽니다.
실제로 질량이있는 입자를 제어하는 많은 중요한 관계와 방정식은 정전기 상호 작용의 세계에서 대응하는 요소를 가지고있어 원활한 전환을 가능하게합니다.
당신은 아마도 일정한 질량과 속도의 입자의 에너지가V의 합계입니다운동 에너지이자형케이, 관계를 사용하여 발견됨mv2/ 2 및중력 위치 에너지이자형피, 제품을 사용하여 찾음mgh어디지중력으로 인한 가속도이고h수직 거리입니다.
보시다시피 하전 된 입자의 전위 에너지를 찾는 것은 유사한 수학을 포함합니다.
설명되는 전기장
하전 입자큐전기장을 형성하다이자형입자로부터 모든 방향으로 대칭 적으로 바깥쪽으로 방사되는 일련의 선으로 시각화 할 수 있습니다. 이 필드는 힘을 전달합니다에프다른 하전 입자에큐. 힘의 크기는 쿨롱 상수에 의해 결정됩니다.케이그리고 요금 사이의 거리 :
F = \ frac {kQq} {r ^ 2}
케이크기가9 × 109 Nm2/ 씨2, 어디씨물리학의 기본 전하 단위 인 Coulomb을 의미합니다. 양전하를 띤 입자는 음전하를 띤 입자를 끌어 당기는 반면 전하가 반발한다는 것을 상기하십시오.
힘이 역으로 감소하는 것을 볼 수 있습니다.광장단순히 "거리와 함께"가 아니라 거리가 증가하는 것입니다.아르 자형지수가 없습니다.
힘은 또한 쓸 수 있습니다에프 = qE, 또는 대안으로 전기장은 다음과 같이 표현 될 수 있습니다.이자형 = 에프/큐.
중력과 전기장의 관계
질량이있는 별이나 행성과 같은 거대한 물체미디엄전기장과 같은 방식으로 시각화 할 수있는 중력장을 설정합니다. 이 필드는 힘을 전달합니다에프질량이있는 다른 물체에미디엄거리의 제곱에 따라 크기가 감소하는 방식으로아르 자형그들 사이에:
F = \ frac {GMm} {r ^ 2}
어디지만유 중력 상수입니다.
이 방정식과 이전 섹션의 방정식 간의 유사점은 분명합니다.
전기 전위 에너지 방정식
정전기 위치 에너지의 공식, 작성유하전 입자의 경우 전하의 크기와 극성 및 분리를 모두 설명합니다.
U = \ frac {kQq} {r}
일 (에너지 단위가 있음)이 힘 곱하기 거리라는 것을 기억하면이 방정식이 힘 방정식과 "아르 자형"분모. 전자에 거리를 곱하기아르 자형후자를 제공합니다.
두 충전 사이의 전기 전위
이 시점에서 전하와 전기장에 대한 이야기는 많지만 전압에 대해서는 언급하지 않은 이유가 궁금 할 것입니다. 이 수량,V, 단순히 단위 전 하당 전위 에너지입니다.
전위차는 입자를 이동하기 위해 전기장에 대해 수행해야하는 작업을 나타냅니다.큐필드가 암시하는 방향에 대해. 즉,이자형양전하를 띤 입자에 의해 생성됩니다큐, V양전하를 띤 입자를 거리로 이동시키기 위해 단위 전 하당 필요한 작업입니다.아르 자형그들 사이에, 또한 동일한 전하 크기를 가진 음으로 하전 된 입자를 거리로 이동아르 자형 떨어져...에서큐.
전기 포텐셜 에너지 예
입자큐+4.0 나노 쿨롱 (1 nC = 10 –9 Coulombs)는 거리입니다.아르 자형= –8.0 nC의 충전에서 50cm (즉, 0.5m) 거리. 잠재적 에너지는 무엇입니까?
\ begin {aligned} U & = \ frac {kQq} {r} \\ & = \ frac {(9 × 10 ^ 9 \; \ text {N} \; \ text {m} ^ 2 / \ text {C } ^ 2) × (+8.0 × 10 ^ {-9} \; \ text {C}) × (–4.0 × 10 ^ {-9} \; \ text {C})} {0.5 \; \ text {m}} \\ & = 5.76 × 10 ^ {-7} \; \ text {J} \ end {정렬}
음의 부호는 전하가 반대이므로 서로 끌어 당기는 결과입니다. 주어진 위치 에너지의 변화를 가져 오기 위해 수행해야하는 작업의 양은 동일하지만 그 반대입니다. 이 경우 전하를 분리하기 위해 긍정적 인 작업을 수행해야합니다 (중력에 대항하여 물체를 들어 올리는 것과 유사).