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Capacità potenziale del campo elettrico
La sequenza logica della legge di Coulomb - campo elettrico - energia potenziale elettrica - potenziale elettrico - capacità è organizzata in una mappa mentale, spero che ti sarà utile!
Modificato alle 2022-06-11 22:37:54
- Breve storia del tempo
Questa è una mappa mentale su una breve storia del tempo. "Una breve storia del tempo" è un'opera scientifica popolare con un'influenza di vasta portata. Non solo introduce i concetti di base della cosmologia e della relatività, ma discute anche dei buchi neri e dell'espansione dell'universo. questioni scientifiche all’avanguardia come l’inflazione e la teoria delle stringhe.
- Il coraggio di essere odiato
Dopo aver letto "Il coraggio di essere antipatico", "Il coraggio di essere antipatico" è un libro filosofico che vale la pena leggere. Può aiutare le persone a comprendere meglio se stesse, a comprendere gli altri e a trovare modi per ottenere la vera felicità.
- Appunti di lettura di Il coraggio di non piacere.
"Il coraggio di essere antipatico" non solo analizza le cause profonde di vari problemi nella vita, ma fornisce anche contromisure corrispondenti per aiutare i lettori a comprendere meglio se stessi e le relazioni interpersonali e come applicare la teoria psicologica di Adler nella vita quotidiana.
Capacità potenziale del campo elettrico
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Campo elettrico, potenziale e capacità
Interazioni fondamentali tra cariche stazionarie
La legge di Coulomb
Legge_di Coulom l'entità della forza elettrostatica di attrazione o repulsione tra due cariche puntiformi è direttamente proporzionale al prodotto delle intensità delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro,La forza è lungo la linea retta che unisce le due cariche.Se le cariche hanno lo stesso segno, la forza elettrostatica tra loro è repulsiva, se hanno segno diverso la forza tra loro è attrattiva; L'entità dell'attrazione o repulsione elettrostatica tra due cariche puntiformi nel vuoto è proporzionale al prodotto delle intensità delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro. La forza è lungo la linea che congiunge le due cariche. Se le cariche hanno lo stesso segno la forza elettrostatica tra loro è repulsiva; se hanno segni diversi la forza tra loro è attrattiva; Pubblicata per la prima volta dal fisico francese Charles-Augustin de Coulomb nel 1785, questa è una legge naturale/naturale!
La sostituzione della carica negativa con una carica o quantità diversa |q| è chiamata "carica di prova", e l'altra carica costante Q è chiamata "carica sorgente di campo" o "carica sorgente". Non importa come viene sostituita la carica negativa, la posizione r della carica positiva ha una componente invariata, che chiamiamo "campo elettrico".
campo elettrico
Quando la carica sorgente Q/distanza r da Q non cambia, l'interno della scatola rimane la parte invariata: ke è chiamata costante di Coulomb (la chiamiamo anche costante di forza elettrostatica) Questa parte all'interno della scatola è chiamata "campo elettrico"
Il campo elettrico è la forza di Coulomb/forza elettrostatica/forza del campo elettrico esercitata da una carica unitaria (di prova).
Il campo elettrico è la forza esercitata da una carica unitaria
Il campo gravitazionale è g Il campo gravitazionale è la forza esercitata da un oggetto per unità di massa. g è anche chiamata accelerazione. Quali sono le proprietà del campo elettrico E?
Campo elettrico e intensità del campo elettrico sono sinonimi. La dimensione del campo elettrico è l'intensità del campo elettrico e il campo elettrico dovrebbe essere quello dominante. In inglese non esiste una parola come intensità del campo elettrico
Le regole di disposizione del campo elettrico
Il campo elettrico di una carica puntiforme non è uguale ovunque Secondo la legge di Coulomb, la formula di conversione è quella mostrata a sinistra Nota: qual è la radice? Qual è la definizione?
legato alla velocità della luce
linee del campo elettrico virtuale Contrassegnate con punti come cariche, vengono irradiate le "linee del campo elettrico". Va notato che le linee di campo sono illustrazioni grafiche dell'intensità e della direzione del campo e non rappresentano il significato fisico effettivo. Ma secondo le condizioni reali, il numero di queste linee di campo elettrico virtuale è effettivamente proporzionale alla quantità di carica. Supponiamo che il numero di linee del campo elettrico sia il numero di cariche! Le linee del campo elettrico non si intersecano mai! Termina con carica negativa o all'infinito. Qual è la relazione tra l'intensità del campo elettrico E e le linee del campo elettrico?
Le linee del campo elettrico sono una divergenza tridimensionale e uniforme delle cariche della sorgente, proprio come l'illuminazione leggera. La superficie della palla a una distanza r è 4πr^2,
Quante linee del campo elettrico ci sono in 1 unità di superficie A? r è una variabile, non è necessario studiare le linee del campo elettrico in 2r e 3r Legge dell'inverso del quadrato, che significa: diluizione geometrica della radiazione di una sorgente puntiforme nello spazio tridimensionale
Il campo elettrico E è 1/ε volte la densità delle linee del campo elettrico (carica) --- questa è la fonte!
1. A parità di distanza dalla carica sorgente, l'entità del campo elettrico è la stessa; 2. Quanto più dense sono le linee del campo elettrico, tanto maggiore è il campo elettrico; quanto più sparse sono le linee del campo elettrico, tanto più piccolo è il campo elettrico; La densità delle linee del campo elettrico è l'intensità del campo elettrico.
Più campi elettrici in un certo punto possono essere sintetizzati vettorialmente/ognuno calcola il proprio raggio sferico Le linee curve del campo elettrico sono la somma di tutti i campi elettrici.
Schermatura statica
1. Equilibrio elettrostatico del conduttore 2. Gabbia di Faraday. La carica indotta crea un campo elettrico opposto che annulla il campo elettrico esterno alla gabbia.
Condizioni di validità della legge di Coulomb
1. La carica è distribuita sfericamente simmetricamente (ad esempio: carica puntiforme o sfera metallica carica), perché la costante di Coulomb k è correlata alla forma sferica. Nell'immagine a destra ci sono dei conduttori attorno alla carica, il che influisce sulla distribuzione uniforme dell'intensità del campo elettrico. La forza di Coulomb ad un certo punto non è adatta alla legge di Coulomb; Tuttavia, conoscendo l’intensità del campo elettrico ad un certo punto, possiamo calcolare la forza di Coulomb? Sicuro.
2. Le tariffe devono essere stazionarie l'una rispetto all'altra.
Riassunto logico del campo elettrico
Interazione fondamentale tra cariche stazionarie → forza
Il campo elettrico è la forza esercitata da una carica unitaria
La densità delle linee del campo elettrico può rappresentare la densità di carica
La densità delle linee del campo elettrico rappresenta l'intensità del campo elettrico.
potenziale
energia potenziale elettrica
logica di base
Il campo elettrico è la forza esercitata da una carica unitaria e qualsiasi carica nel campo elettrico Q sarà influenzata dalla forza. Energia e forza sono direttamente correlate. Se viene applicata una forza, lì deve esistere energia.
Energia potenziale elettrica del campo elettrico di carica puntiforme
Energia potenziale elettrica del campo elettrico a carica positiva
1. Lavoro compiuto dalla forza di Coulomb
Lavoro compiuto dalla forza di Coulomb Prova la carica q sotto l'azione della forza di Coulomb Dal punto B al punto A, la forza di Coulomb compie un lavoro positivo. Secondo la legge di conservazione dell’energia, il lavoro positivo compiuto è l’energia potenziale elettrica ridotta. Il segno negativo si riferisce all'energia potenziale elettrica ridotta, che equivale al lavoro svolto. L’energia ha solo grandezza e nessuna direzione.
L’energia potenziale elettrica nel punto B è maggiore dell’energia potenziale elettrica nel punto A
La quantità di lavoro svolto dalla forza di Coulomb è la differenza di energia potenziale elettrica. Il livello di energia potenziale elettrica può essere giudicato dal lavoro svolto.
2. La forza di Coulomb è una forza variabile e la quantità di lavoro svolto dalla forza variabile
La forza di Coulomb è una forza variabile Prova la carica puntiforme q e la forza di Coulomb funziona dal punto B al punto A. La forza di Coulomb è una forza variabile correlata alla posizione. Se lo spostamento cambia leggermente, la forza cambierà.
Grafico matematico (integrale) del lavoro svolto dalla forza di Coulomb come forza variabile, si consiglia di ricordare la conclusione
3. La forza di Coulomb cambia da A→∞
Quando la forza di Coulomb cambia da A→∞, F→0 Carica di prova q sotto l'azione della forza di Coulomb, dal punto A all'infinito, la forza di Coulomb fa un lavoro positivo, la formula della legge di conservazione dell'energia: Il segno negativo significa che alla riduzione del lavoro corrisponde un aumento dell'energia potenziale elettrica e viceversa. L’energia ha solo grandezza e nessuna direzione.
Il lavoro totale compiuto dalla forza di Coulomb è l'energia potenziale elettrica in quel punto
1. Il punto zero dell'energia potenziale elettrica è all'infinito e la forza di Coulomb è zero all'infinito. La quantità di lavoro svolto dal punto A allo zero è l'energia potenziale elettrica in quel punto; 2. L'entità dell'energia potenziale elettrica che circonda una carica è direttamente proporzionale alla quantità della carica di prova e inversamente proporzionale alla distanza dalla carica sorgente.
Energia potenziale elettrica del campo elettrico a carica negativa
Il lavoro compiuto dalla forza di Coulomb è la differenza di energia potenziale elettrica tra due punti
La carica di prova q è sottoposta all'azione della forza di Coulomb. Dal punto A al punto B, la forza di Coulomb compie un lavoro positivo. Secondo la legge di conservazione dell'energia, l'energia potenziale elettrica ridotta è il lavoro compiuto dalla forza di Coulomb.
L’energia potenziale elettrica nel punto A è maggiore dell’energia potenziale elettrica nel punto B
La quantità di lavoro svolto tra due punti
Testare la carica puntiforme q e la quantità di lavoro svolto dalla forza del campo elettrico dal punto A al punto B:
Da questo punto, tutto il lavoro compiuto dalla forza esterna per vincere la forza di Coulomb (velocità uniforme e velocità estremamente lenta) costituisce l'energia potenziale elettrica in quel punto.
L’aumento dell’energia potenziale elettrica è il lavoro compiuto per vincere la forza di Coulomb
L'energia potenziale elettrica attorno alle cariche negative è negativa e l'energia potenziale elettrica all'infinito è 0; Quanto più ci si avvicina alla carica negativa, tanto maggiore è il valore assoluto dell'energia potenziale elettrica.
Variazione di energia potenziale di carica puntiforme
Forza del campo elettrico e lavoro ----- Forza del campo elettrico ed energia potenziale elettrica ------ Lavoro e differenza di energia potenziale
Le mutevoli regole dell'energia potenziale elettrica della carica puntiforme
1. La forza è il gradiente del lavoro e il gradiente di energia potenziale (valore negativo fare riferimento al diagramma dell'energia potenziale di carica singola, carica positiva e negativa); 2. La posizione in cui |l'energia potenziale elettrica| è maggiore, maggiore è la forza; 3. Dove la forza è maggiore, il campo elettrico è maggiore.
Energia potenziale elettrica del campo elettrico uniforme
campo elettrico uniforme
La scatola viola può essere vista come un campo elettrico uniforme
Prova la carica q sotto l'azione della forza di Coulomb e la forza di Coulomb compie un lavoro positivo dal punto A al punto B. Secondo la legge di conservazione dell'energia, il lavoro compiuto è la riduzione dell'energia potenziale elettrica, mentre il segno negativo rappresenta la riduzione dell'energia potenziale elettrica.
L’energia potenziale elettrica nel punto A è maggiore dell’energia potenziale elettrica nel punto B
La forza di Coulomb è una forza costante, il lavoro svolto da A→B
L'energia potenziale elettrica massima di un campo elettrico uniforme, d: spaziatura tra le piastre Dov’è il punto zero dell’energia potenziale elettrica?
Variazione di energia potenziale del campo elettrico uniforme
Intensità uniforme: la dimensione del campo elettrico è la stessa ovunque e la forza del campo elettrico è la stessa ovunque; prestare attenzione al punto zero dell'energia potenziale elettrica;
Qual è l'energia potenziale elettrica nel punto M?
Perché la distanza nella formula dell'energia potenziale elettrica di un campo elettrico uniforme è opposta alla distanza nella formula dell'energia potenziale della carica puntiforme?
Poiché E cambia per una carica puntiforme, l'energia potenziale è inversamente proporzionale alla distanza dalla carica sorgente.
Il campo elettrico uniforme E è determinato da
Non ha senso confrontare le energie potenziali elettriche in sistemi diversi
Sottoprodotti utili della legge di Coulomb
L'intensità del campo elettrico è 1/ε della densità di carica ---Questa formula non è limitata al campo elettrico di carica puntiforme →1/ε della quantità di carica per unità di area è l'intensità del campo elettrico
Intensità del campo elettrico composto da conduttori a piastre parallele 2Q: Numero totale di cariche positive e negative sulla piastra, sovrapposizione dell'intensità del campo S: area del tabellone ε: costante dielettrica, ε0 costante dielettrica del vuoto
unità di energia potenziale elettrica
L'energia potenziale elettrica è definita in base al lavoro svolto dalla forza del campo elettrico, quindi l'unità di energia potenziale elettrica è la stessa dell'unità di lavoro, Joule, simbolo J
Riassunto logico dell'energia potenziale elettrica
Se su un oggetto agisce una forza, lì deve essere presente energia. La forza è un gradiente di energia.
Il campo elettrico è un campo di forza Il lavoro positivo svolto dalla forza del campo elettrico è l’energia potenziale elettrica ridotta
Determinare la posizione dove non c'è forza del campo elettrico (o la forza è bilanciata) come punto di riferimento 0 La forza risultante è zero, il campo elettrico è zero e l'energia potenziale elettrica è zero
Tutto il lavoro positivo svolto dal campo elettrico a partire da un certo punto rappresenta l'energia potenziale elettrica in quel punto.
Definizione di potenziale elettrico
Il perseguimento di leggi unificate è la forza trainante per lo sviluppo della fisica. Le leggi unificate richiedono l'eliminazione il più possibile delle variabili! Il potenziale elettrico è l'energia potenziale elettrica senza l'influenza della carica di prova. Il potenziale elettrico è l'energia potenziale elettrica posseduta dalla carica unitaria nel campo elettrico. Unità SI Volt (Volt), simbolo V o J/C
Una carica con una quantità di carica pari a 1 C a questo punto L'energia potenziale elettrica è 1 J, quindi il potenziale elettrico in questo punto è 1 V.
potenziale elettrico del campo elettrico di carica puntiforme
r: distanza dalla sorgente di carica
Il giallo è 0 V. Più scuro è il colore (→viola o →blu), maggiore è il valore assoluto del potenziale. 1. Il potenziale elettrico diminuisce gradualmente lungo la direzione della linea del campo elettrico fino al punto zero dell'energia potenziale elettrica. 2. Dopo aver superato il punto zero dell'energia potenziale elettrica, anche il potenziale elettrico calcolato come valore negativo diminuisce gradualmente (secondo un valore assoluto, aumenta) 3. Il potenziale elettrico corrisponde completamente alla posizione del punto zero dell'energia potenziale elettrica. Ha solo grandezza ma nessuna direzione. È una quantità scalare. 4. Linee e cerchi sottili rappresentano potenziali elettrici uguali e rappresentano anche energia potenziale elettrica uguale (/C)
Potenziale elettrico di un campo elettrico uniforme
l: distanza dalla piastra caricata negativamente
Differenza di potenziale
differenza potenziale di carica puntiforme
Blu: differenza potenziale
differenza di potenziale del campo elettrico uniforme
La differenza di potenziale tra due punti AB, detta anche tensione, è il lavoro compiuto dalla carica unitaria e la differenza di energia potenziale elettrica della carica unitaria. è il lavoro compiuto dalla carica unitaria Ed, d: la distanza tra i punti AB Il campo elettrico tra AB è uguale/la densità lineare è uguale
Spaziatura tra le tavole
Tutta l'energia potenziale della carica q viene convertita in energia cinetica
Riassunto logico del potenziale elettrico
Il potenziale elettrico è l'energia potenziale elettrica posseduta da una carica unitaria in un campo elettrico
Di solito viene specificato che l'energia potenziale elettrica a distanza infinita è 0, o che l'energia potenziale elettrica sulla superficie della terra è 0. Il punto zero del potenziale elettrico è uguale al punto zero dell'energia potenziale elettrica
La differenza di potenziale tra due punti qualsiasi è il lavoro compiuto da una carica unitaria che si muove tra i due punti.
Campo elettrico-potenziale elettrico riassunto energia-potenziale elettrico
carica puntiforme
1. Linee nere spesse con frecce: linee del campo elettrico - linee della forza del campo elettrico; la densità della linea in un certo punto è la dimensione del campo elettrico, la dimensione della forza del campo elettrico e la densità della carica; Le linee del campo non si incrociano. Lungo la direzione delle linee del campo elettrico, minore è la densità delle linee, minore è il campo elettrico e minore è la forza del campo elettrico; 2. Il colore e la profondità rappresentano l'energia potenziale elettrica: il giallo rappresenta l'energia potenziale elettrica pari a zero Quanto più scuro è il colore, maggiore è l'|energia potenziale elettrica|; 3. La bobina sottile rappresenta la superficie equipotenziale; è anche la superficie con uguale energia potenziale elettrica. 4. Più dense sono le linee del campo elettrico, maggiore è la forza del campo elettrico, maggiore è il lavoro svolto alla stessa distanza, maggiore è l'energia potenziale elettrica e più dense sono le linee equipotenziali. 5. Le linee del campo elettrico sono perpendicolari alla superficie equipotenziale e il potenziale elettrico diminuisce gradualmente lungo la direzione delle linee del campo elettrico;
campo elettrico uniforme
Attraverso la quantità di carica è possibile costruire un campo elettrico stabile e uniforme
capacità
Esiste un'interazione tra le spese fisse
forza del campo elettrico
campo elettrico
energia potenziale elettrica
Potenziale elettrico e differenza di potenziale
Collegare due piastre conduttrici all'alimentazione. Dopo che le cariche positive e negative sulle piastre sono bilanciate, spegnere l'alimentazione. Le due piastre immagazzineranno energia.
Cos'è un condensatore?
Il campo elettrico di due piastre parallele, le cariche positive/negative sono bilanciate e il componente che può immagazzinare cariche è chiamato condensatore. Tipicamente è costituito da due piastre superficiali conduttive separate da uno strato isolante chiamato dielettrico. In un condensatore convenzionale, l'energia elettrica viene immagazzinata staticamente da cariche separate (solitamente elettroni) in un campo elettrico tra due piastre di elettrodi. <Contenitore per immagazzinare energia/carica>
Definizione di condensatore
D: La quantità di carica trasportata da un condensatore si riferisce alla quantità di carica trasportata da una piastra. U: differenza di potenziale tra le due armature del condensatore Capacità: la quantità di carica immagazzinata per unità di tensione
Nel Sistema Internazionale di Unità SI, l'unità di capacità è farad (farad), abbreviato in metodo, simbolo: F. Cioè, quando il condensatore ha una carica di 1 C, la differenza di potenziale tra le due armature è 1 V e la capacità del condensatore è 1 F. L'unità F è molto grande e le unità comunemente utilizzate nella pratica sono principalmente microfarad (μF) e picofarad (pF). 1μF = 10^-6F 1pF = 10^-12F
Dalla formula sembra che la dimensione del condensatore sia influenzata dalla quantità di carica e tensione, ma non è così!
Idealmente, la dimensione della capacità dipende dall'area della piastra e dallo spessore del dielettrico. La dimensione della capacità è fissa quando viene prodotto ciascun condensatore specifico. (Tranne condensatori variabili)
Dielettrico
I comuni dielettrici (materiali dielettrici) includono: ceramica, film sottili (plastica, carta), strati di ossido su metalli (alluminio, tantalio, niobio), mica, vetro, carta, aria e vuoto
1. Immagine a sinistra: Se si aggiunge un conduttore al centro della piastra, la carica fluirà e l'energia andrà persa. Quindi un dielettrico è un isolante. 2. I dielettrici possono essere polarizzati da un campo elettrico applicato. La polarizzazione del materiale è simile all'induzione elettrostatica (immagine al centro). 3. I materiali dielettrici non hanno elettroni liberi o legati liberamente. Quando vengono posti in un campo elettrico, le cariche nel dielettrico non fuoriescono dal materiale, ma si discostano solo leggermente dalla loro posizione di equilibrio medio originale. (immagine a destra)
Condensatori ceramici
Hai bisogno di distinguere tra poli positivi e negativi?
Condensatore a film
Hai bisogno di distinguere tra poli positivi e negativi?
condensatore elettrolitico
1. L'anodo è un foglio di metallo e lo strato di ossido su di esso è un dielettrico! 2. La carta imbevuta di elettrolita è il catodo e l'altro foglio di metallo è solo il cavo del catodo; 3. I condensatori elettrolitici prendono il nome dal fatto che il materiale del catodo è un elettrolita. 4. È necessario distinguere tra poli positivi e negativi. I condensatori ceramici e a film si riferiscono tutti a dielettrici. Questa immagine mostra dielettrici a strato di ossido metallico.
Condensatore al tantalio
Distinguere tra poli positivi e negativi Elettrodo positivo: blocco di tantalio. Elettrodo negativo: biossido di manganese Il dielettrico è pentossido di tantalio
Diversi dielettrici hanno un enorme impatto sulla capacità
Supercondensatore
1. La densità energetica del supercondensatore è elevata, ovvero l'energia che può essere immagazzinata per unità di volume. Confrontando le cifre sopra e sotto, il valore di capacità dei supercondensatori è fino a 20.000 volte quello dei condensatori elettrolitici. 2. La densità energetica dei supercondensatori esistenti è circa il 10% rispetto alle batterie tradizionali/ricaricabili. Esiste un enorme divario tra i condensatori tradizionali e le batterie ricaricabili e i supercondensatori svolgono un ruolo evidente nel colmare il divario. Può raggiungere fino a 12.000 Farad/1,2 Volt. 3. Sebbene la densità di energia dei supercondensatori esistenti sia circa il 10% di quella delle batterie tradizionali, la loro densità di potenza è generalmente da 10 a 100 volte superiore. La densità di potenza è il prodotto della densità di energia per la velocità con cui l'energia viene erogata al carico. Una densità di potenza più elevata comporta cicli di carica/scarica più brevi. Ciò li rende ideali per il collegamento in parallelo con le batterie e può migliorare le prestazioni della batteria in termini di densità di potenza.
Un supercondensatore (condensatore elettrochimico) è costituito da due elettrodi separati da una membrana permeabile agli ioni (separatore) e da un elettrolita che collega ionicamente i due elettrodi. Quando un elettrodo è polarizzato da una tensione applicata, gli ioni nell'elettrolita formano un doppio strato elettrico di polarità opposta all'elettrodo.
Tensione nominale
Tensione nominale
Al di sopra di una certa intensità del campo elettrico, il dielettrico del condensatore diventa conduttivo e perde la sua funzione capacitiva. Magro La tensione nominale indicata sul prodotto deve essere inferiore alla tensione di rottura.
Dichiarazione importante: le immagini in questa nota sulla mappa mentale provengono principalmente da Wikipedia e dalla produzione personale. Alcune immagini sono state selezionate da altre reti. Per soddisfare i punti di conoscenza, alcune immagini sono state modificate e integrate. In caso di violazione, si prega di informare noi e rimuoverlo.