2016-08-03 10:44:12

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静电学里,电势能(Electric potential energy)是处于电场的电荷分布所具有的势能,与电荷分布在系统内部的组态有关。电势能的单位是焦耳。电势能与电势不同。电势定义为处于电场的电荷所具有的电势能每单位电荷。电势的单位是伏特。电势能的数值不具有绝对意义,只具有相对意义。所以,必须先设定一个电势能为零的参考系统。当物理系统内的每一个点电荷都互相分开很远(分开距离为无穷远),都相对静止不动时,这物理系统通常可以设定为电势能等于零的参考系统。

基本信息

  • 中文名

    电势能

  • 外文名

    electric protential energy

  • 应用学科

    物理

  • 表达式

    Wab=Epa-Epb

折叠 编辑本段 ​概念定义

静电场中的势能。一点电荷在静电场中某两点的电势能之差等于它以一点移动到另一点时,静电力所作的功。 故WAB=qEd (E为该点的电场强度,d为沿电场线的距离)

电势能反映电场和处于其中的电荷共同具有的能量。

电势能可以由电场力做功求得,因为 W AB=qUAB=q(ΦA- ΦB)=qΦA-qΦB=EA(初) — Eb(末)= -△E,

(EA(初)、EB(末)为两个点的电势能)。

电场力做功跟电势能变化关系:

WAB>0,△Ep<0,电场力做正功,电势能减小~转化成其他形式的能;

WAB<0,△Ep>0,电场力做负功,电势能增加~其它形式的能转化成电势能。

顺着电场线,A→B移动,若为正电荷,则WAB>0,则UAB=ΦA-ΦB>0,则Φ↓,则正Ep↓;

若为负电荷,则WAB<0,则UAB=ΦA-ΦB>0,则Φ↓,则负Ep↑。

逆着电场线,B→A移动,若为正电荷,则WBA<0,则UBA=ΦB-ΦA<0,则Φ↑,则正Ep↑;

若为负电荷,则WBA>0,则UBA=ΦB-ΦA<0,则Φ↑,则负Ep↓

静电力做的功等于电势能的减少量

Wab=Epa-Epb

电势能公式与电场,处于电场中的电荷及电势能零点的选择有关,对于点电荷(电量为q)产生的静电场,其电势能与电荷q所处空间位置到点电荷所在位置的距离r有如下关系:We=kQq/r。其中k为常数。

这里注意没有负号,和引力势不同,这是因为引力方向是指向对方的,而当Q,q都是正号时,电场力(库仑力)是相互排斥的。

电荷在电场中某点的电势能的大小等于把电荷从该点移到电势能为零的点,电势能做的功。

折叠 编辑本段 判断方法

1场源电荷判断法:离场源正电荷越近,试探正电荷的电势能越大,试探负电荷的电势能越小

2电场线法:正电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小,逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大

负电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大,逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小

3做功判断法:无论正负电荷,电场力做正功,电荷的电势能就一定减小,电场力做负功,电荷的电势能就一定增加

零势能处可任意选择,但在理论研究中,常取无限远处或大地的电势能为0.

取无穷远为电势零:①正电荷产生的电场中Φ>0,远离场源电荷Φ↓:移动正检验电荷W>0,Ep↓;

移动负检验电荷W<0,Ep↑。

②负电荷产生的电场中Φ<0,远离场源电荷Φ↑:移动正检验电荷W<0,Ep↑;

移动负检验电荷W>0,Ep↓。

附:

1. 只在电场力作用下:

(1)电场力做正功,电势能减少,动能增加。即:电能转化为其它形式能(动能)

(2)电场力做负功,电势能增加,动能减少。即:其它形式能(动能)转化为电能

2. 不只受电场力作用:

(1)电场力做正功,电势能减少,动能如何变化不确定。

(2)电场力做负功,电势能增加,动能如何变化不确定。

注:电势能是标量。    

折叠 编辑本段 公式

Ep=WAO=q·φA=qUA(Ep表示电势能,φA表示A点的电势):

当φA>0时,q>0,则Ep>0,q<0,则Ep<0;

当φA<0时,q>0,则Ep<0,q<0,则Ep>0.

Wab=Epa-Epb

折叠 编辑本段 详细概念

静电场中的势能。一点电荷在静电场中某两点(如A点和B点)的电势能之差等于它从A点移动到另B点时,静电力所作的。 故WAB=qEd (E为该点的电场强度,d为沿电场线的距离) ,电势能是电荷和电场所共有的,具有统一性。

电势能反映电场和处于其中的电荷共同具有的能量

电势能可以由电场力做功求得,因为 W AB=qUAB=q(ΦA- ΦB)=qΦA-qΦB=EA(初) — Eb(末)= -△E,

(Φ为电势,q为电荷量,U为电势差,EA(初)、EB(末)为两个点的电势能)。

电场力做功跟电势能变化关系:

WAB>0,△Ep<0,电场力做正功,电势能减小~转化成其他形式的能;

WAB<0,△Ep>0,电场力做负功,电势能增加~其它形式的能转化成电势能。

顺着电场线,A→B移动,若为正电荷,则WAB>0,则UAB=ΦA-ΦB>0,则Φ↓,则正Ep↓;

若为负电荷,则WAB<0,则UAB=ΦA-ΦB>0,则Φ↓,则负Ep↑。

逆着电场线,B→A移动,若为正电荷,则WBA<0,则UBA=ΦB-ΦA<0,则Φ↑,则正Ep↑;

若为负电荷,则WBA>0,则UBA=ΦB-ΦA<0,则Φ↑,则负Ep↓;

静电力做的功等于电势能的减少量。

Wab=Epa-Epb

电势能公式与电场,处于电场中的电荷及电势能零点的选择有关,对于点电荷(电量为q)产生的静电场,其电势能与电荷q所处空间位置到点电荷所在位置的距离r有如下关系:We=kQq/r。其中k为常数

这里注意没有负号,和引力势不同,这是因为引力方向是指向对方的,而当Q,q都是正号时,电场力(库仑力)是相互排斥的。

电荷在电场中某点的电势能的大小等于把电荷从该点移到电势能为零的点,电场力做的功。

折叠 编辑本段 大小判断

1.场源电荷判断法:离场源正电荷越近,试探正电荷的电势能越大,试探负电荷的电势能越小

2.电场线法:正电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小,逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大

负电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大,逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小

3.做功判断法:无论正负电荷,电场力做正功,电荷的电势能就一定减小,电场力做负功,电荷的电势能就一定增加

零势能处可任意选择,但在理论研究中,常取无限远处或大地的电势能为0.

取无穷远为电势零:①正电荷产生的电场中Φ>0,远离场源电荷Φ↓:移动正检验电荷W>0,Ep↓;

移动负检验电荷W<0,Ep↑。

②.负电荷产生的电场中Φ<0,远离场源电荷Φ↑:移动正检验电荷W<0,Ep↑;

移动负检验电荷W>0,Ep↓。

附:

1. 只在电场力作用下:

(1).电场力做正功,电势能减少,动能增加。即:电能转化为其它形式能(动能)

(2).电场力做负功,电势能增加,动能减少。即:其它形式能(动能)转化为电能

2. 不只受电场力作用:

(1)电场力做正功,电势能减少,动能如何变化不确定。

(2)电场力做负功,电势能增加,动能如何变化不确定。

注:电势能是标量

折叠 编辑本段 电荷系统

折叠 单点电荷系统

只拥有单独一个点电荷的物理系统,其电势能为零,因为没有任何其它可以产生电场的源电荷,所以,将点电荷从无穷远移动至其最终位置,外机制不需要对它做任何机械功。特别注意,这点电荷有可能会与自己生成的电场发生作用。然而,由于在点电荷的位置,它自己生成的电场为无穷大,所以,在计算系统的有限总电势能之时,一般刻意不将这“自身能”纳入考量范围之内,以简化物理模型,方便计算。

折叠 双点电荷系统

一个质子受到的另一个质子的电场力和电势能随 变化的示意图。

思考两个点电荷所组成的物理系统。假设第一个点电荷 的位置为坐标系的原点 ,则根据库仑定律,点电荷 施加于位置为a的第二个点电荷的电场力为5,其中 是电常数.在迁移点电荷时,为了要抗拒电场力,外机制必需施加作用力位于点电荷所以,机械功为 。

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