אנרגיה פוטנציאלית חשמלית

אנרגיה פוטנציאלית חשמלית

אנרגיה פוטנציאלית חשמלית מתארת את האנרגיה שיש לחלקיק טעון עקב מיקומו בשדה חשמלי. הקשר הבסיסי הוא:

$$ U = qV $$

כאשר q הוא המטען הנבחן, ו-V הוא הפוטנציאל החשמלי במיקומו.

שימור אנרגיה במערכת חשמלית

במערכת חשמלית מתקיים עקרון שימור האנרגיה: כאשר חלקיק טעון נע בשדה חשמלי, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית שלו יכולה לרדת ובמקביל האנרגיה הקינטית שלו לעלות, ולהיפך - בדיוק כמו שקורה עם אנרגיית גובה כובדית במכניקה:

$$ U_i + K_i = U_f + K_f $$

עבודה ואנרגיה פוטנציאלית

העבודה הדרושה כדי להביא מטען q ממקום אחד לאחר (נגד כוח השדה, אם מתקרבים למטען דוחה) שווה לשינוי באנרגיה הפוטנציאלית:

$$ W_{external} = \Delta U = q(V_f - V_i) $$

• אם המטענים שווי סימן (למשל, שני מטענים חיוביים) - קירובם דורש עבודה חיצונית חיובית (דוחים זה את זה).
• אם המטענים הפוכי סימן - קירובם משחרר אנרגיה, ולכן העבודה החיצונית הנדרשת שלילית (המשיכה "עושה את העבודה" בעצמה).

אנרגיה פוטנציאלית של זוג מטענים

האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בין שני מטענים נקודתיים \( q_1,q_2 \) במרחק r זה מזה:

$$ U = k\frac{q_1q_2}{r} $$

ביטוי זה נובע ישירות מהצבת פוטנציאל מטען נקודתי (\( V=k\frac{q_1}{r} \)) בנוסחה \( U=q_2V \).