אנרגיה פוטנציאלית חשמלית
ערך מחפש מקורות
| ||
ערך מחפש מקורות | |
אנרגיה פוטנציאלית חשמלית היא אנרגיה פוטנציאלית האצורה בשדה חשמלי, הנובעת מכוח לורנץ הפועל על מטען חשמלי בשדה אלקטרומגנטי. ביחידות SI, אנרגיה פוטנציאלית חשמלית נמדדת בג'אול.
אנרגיה פוטנציאלית של חלקיק טעון[עריכת קוד מקור | עריכה]
האנרגיה החשמלית נובעת מהימצאותו של מטען חשמלי בתוך שדה חשמלי. האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית של חלקיק q המצוי בפוטנציאל חשמלי שווה למכפלה . העבודה הנדרשת להעברת מטען זה דרך הפרש פוטנציאלים נתונה על ידי המשוואה הבאה:
אנרגיה פוטנציאלית האצורה בקבוצת מטענים[עריכת קוד מקור | עריכה]
האנרגיה הפוטנציאלית בין שני מטענים שווה לאנרגיה הפוטנציאלית של אחד המטענים בהשפעת השדה החשמלי שיוצר חשמל של המטען השני. כלומר, אם מטען יוצר בנקודה בה מונח מטען פוטנציאל חשמלי , אז האנרגיה הפוטנציאלית האצורה תהיה: . ניתן היה לחשב את האנרגיה גם על פי הפוטנציאל בנקודה , ולכן ברור שמתקיים:
ביטוי זה ניתן להכללה עבור קבוצה של מטענים הממוקמים בנקודות , כאשר בכל אחת מנקודות אלו יש פוטנציאל של שנוצר בהשפעת כל המטענים פרט למטען הנמצא בנקודה . הביטוי עבור המקרה הכללי הוא:
הערה: ההכפלה בחצי נועדה לפצות על ספירה כפולה של ההשפעה ההדדית בין כל שני מטענים.
אנרגיה פוטנציאלית האצורה בפילוג מטען מרחבי[עריכת קוד מקור | עריכה]
ניתן להכליל שוב את הביטוי מהסעיף הקודם כדי לקבל ביטוי עבור האנרגיה הפוטנציאלית של פילוג מטען שאינו מורכב בהכרח מאוסף מטענים נקודתיים אלא מרוח על פני המרחב:
כאשר:
- היא צפיפות המטען של הפילוג בנקודה .
- הוא הפוטנציאל החשמלי בנקודה .
נשים לב שהצפיפות במקום ללא מטען היא 0, כך שלרוב נצטרך לבצע אינטגרציה על התחום בו הגוף הטעון נמצא (שהרי שבשאר העולם, האינטגרל מתאפס).
אנרגיה המצויה בשדה חשמלי[עריכת קוד מקור | עריכה]
ניתן להשתמש במשוואה של האנרגיה הפוטנציאלית האצורה בפילוג מטען מרחבי ולהביאה למונחים של השדה החשמלי.
על פי חוק גאוס (בצורתו הדיפרנציאלית):
כאשר:
- הוא המקדם הדיאלקטרי היחסי של התווך.
- הוא המקדם הדיאלקטרי של הריק.
- הוא וקטור השדה החשמלי.
לכן מתקיים:
על פי חוקי אנליזה וקטורית:
ולכן:
תוך שימוש במשפט גאוס וקביעה שהפוטנציאל החשמלי באינסוף מתאפס:
לכן, צפיפות האנרגיה, או האנרגיה ליחידת נפח של השדה החשמלי היא:
ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]
קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]
חשמל | ||
---|---|---|
מושגי יסוד | מטען • שדה חשמלי • אנרגיה פוטנציאלית חשמלית • פוטנציאל • מתח • כא"מ • זרם • התנגדות ומוליכות • עכבה • הספק • השראות • זרם ישר • זרם חילופין • מעגל חשמלי • תהודה • עכבה אופיינית | |
רכיבים בסיסים | מקור מתח • מקור זרם • נגד • קבל • משרן • ממריסטור • שנאי • מפסק • מבדד | |
מכשירי מדידה | מד מתח • מד זרם • מד התנגדות • אלקטרוסקופ • גלוונומטר • מד קיבול • מד השראות • רב מודד • אוסצילוסקופ • מחולל אותות | |
אלקטרוניקה | מוליך למחצה • דיודה • טרנזיסטור • מיתוג • שפופרת ריק • טריודה • דיודה פולטת אור (לד) • מגבר שרת • מסנן תדרים • מעגל משולב • מעגל מודפס • VLSI • מיקרואלקטרוניקה | |
זרם חזק | גנרטור חשמלי • מנוע חשמלי • תחנת כוח • מתקן חשמל דירתי • מערכת חלוקה • רשת חשמל • מערכת תלת-פאזית | |
בטיחות בחשמל | התחשמלות • לוח חשמל • קצר חשמלי • נתיך • הארקה • ממסר פחת • מפסק אוטומטי • צבע חוטי החשמל | |
חוקים פיזיקליים | חוק קולון • חוק גאוס • חוק אוהם • חוקי קירכהוף • חוק שימור המטען החשמלי • חוק פאראדיי |