Двигаясь в электрическом поле протон перешел из одной точки в другую, потенциал которой выше на 1 В. Найдите потенциальную энергию протона, если его заряд равен 1,6*10^(-19)
Ответы
Дано:
ф1 - ф2 = - 1 В
q = 1,6*10^(-19)
Wp - ?
Решение:
Сказать о том, какая именно потенциальная энергия у протона при данных условиях задачи, нельзя. Поскольку потенциальная энергия заряда - это произведение заряда и потенциала:
Wp = q*ф
Но в условиях дана лишь разность потенциалов. Поэтому можно сказать лишь то, насколько изменилась потенциальная энергия протона.
Разность потенциалов (ф1 - ф2) - это отношение работы поля к заряду:
(ф1 - ф2) = A/q => U = A/q, значит, работа - это произведение разности потенциалов и заряда:
А = qU. Но работа - это также изменение потенциальной энергии электростатического поля, взятое со знаком "минус":
A = -ΔW
Минус потому, что протон - это положительно заряженная частица, и поле, получается, производит отрицательную работу, пытаясь притянуть протон. По аналогии с силой тяжести: кран поднимает плиту - сила тяжести производит отрицательную работу, трос крана рвётся, плита летит вниз - сила тяжести производит положительную работу. Положительную работу электростатическое поле совершает, когда притягивает электрон - отрицательно заряженную частицу. Вернёмся к формуле:
A = -ΔW
qU = -ΔW
1,6*10^(-19) * (-1) = -ΔW
-(1,6)*10^(-19) = -ΔW | * (-1)
1,6*10^(-19) = ΔW - потенциальная энергия изменилась на значение элементарного заряда. Сократив минусы в выражениях, получили положительное изменение - энергия увеличилась, что не противоречит физическому смыслу: переместившись в точку с большим потенциалом, заряд приобрёл большую энергию (по аналогии с силой тяжести: поднявшись выше в небо, самолёт приобретает большую потенциальную энергию).
В заключение. Когда электростатическая сила совершает отрицательную работу, это значит, что положительную работу совершает какая-то другая сила - сторонняя. Опять же: когда плита поднимается над земной поверхностью, то сила тяги крана совершает положительную работу, а Земля - отрицательную. Сила тяги крана - сторонняя.
Ответ: ΔW = 1,6*10^(-19).