在静电学里,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。
沿电场线正向运动一定距离电场力做的功。
匀强电场或点电荷电场中,点电荷沿电场线正向运动一定距离,电场力做的功:$ W_{AB} = qEd $
其中,q是迁移点电荷的电荷量。E是电场场强,单位是$N/C$ 。d是沿电场线的距离,单位是m。这里AB必须是沿电场线正向运动的。
电势能变化量
(1)电场力做的功与电势能变化量
起点和终点状态静止的点电荷,电场力做功与电势能变化量的关系:
$ W_{ab} = E_{pa} - E_{pb} $
电势能的变化量也可以表示为$\Delta E_p=E_{pb}-E_{pa}$,因此有$W_{ab}=-\Delta E_p$ 。
(2)动能变化量与电势能变化量
根据能量守恒定律还可以得到,一般情况下,无外力做功的运动电荷,动能变化量与电势能变化量的关系:
$E_{kb} - E_{ka} = E_{pa} - E_{pb}$
如果是外力使电势能增加,那么其他形式的能转化为电势能,外力做正功,电场力做负功,电势能增加;
如果是电场力使物体运动,那么电势能转化为动能,电场力做正功,物体动能增加,电势能减小;
如果是物体运动使电势能增加,那么动能转化为电势能,物体动能减少,电场力做负功,电势能增加。
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。
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↓。
点电荷势能公式: 引力势能公式(天体势能公式)
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