Энергосбережение

Физика > Энергосбережение

 

Изучите принципы и эффективность энергосбережения: как происходит сохранение энергии, формула и закон сохранения энергии, кинетическая и потенциальная энергия.

При движении частички с зарядом в электрическом поле энергия сберегается.

Задача обучения

• Вывести принцип сохранения энергии для частицы с зарядом в условиях электрического поля.

Основные пункты

• Электрическое поле заставляет стационарный испытательный заряд перемещаться на один из концов, отталкиваясь от знака заряда.
• Положительные заряды смещаются по направлению поля, а отрицательные в противоположную сторону.
• В момент действия поля кинетическая энергия тестового заряда = 0, а электрическая потенциальная энергия – максимальна. После ускорения кинетическая растет, а потенциальная снижается. Сумма энергий остается постоянной.
• Формулу для сохранения энергии можно описать по-разному, но все основывается на приравнивании начальных и конечных сумм кинетической и потенциальной энергий.

Термины

• Разность потенциалов – отличие потенциальной энергии между двумя точками в электрическом поле.
• Кинетическая – энергия объекта в момент его перемещения.
• Потенциальная – энергия объекта в его положении или состоянии.
• При перемещении заряженной частички по электрическому полю энергия сберегается. Это можно выразить в виде равенства суммированных кинетических энергий (E_кин) и электрического потенциала (Е_эл).

(E_кин + Е_эл)_{начальная} = (E_кин + E_эл)_{финальная}.

Электрическое поле заставит стационарный тестовый заряд перемещаться на один из концов, основываясь на знаке заряда (положительный – в направлении поля, а отрицательный – в противоположную сторону). В итоге, заряд всегда смещается из участка с более высокой потенциальной энергией в низкую.

В момент активации поля кинетическая энергия тестового заряда = 0, а электрическая потенциальная энергия максимальна. После ускорения заряда, кинетическая начинает расти, а потенциальная сокращаться. За все это время сумма потенциальных и кинетических энергий остается стабильной.

Верхнее уравнение можно выразить как:

(0.5 mv² + U)_{начальная} = (0.5 mv² + U)_{финальная} (m и v – масса и скорость электрона, U – электрическая потенциальная энергия). Выводим U:

 (V – разность потенциалов, k – постоянная, q₀ – тестовый заряд, q – второй заряд, r – дистанция между ними).

Составляющие в формуле сохранения энергии можно переписать по-разному, но все они основываются на сравнении начальной и финальной сумм кинетической и потенциальной энергий.

Заряд +q смещается вниз по электрическому полю так, чтобы объект опускался вниз по холму. В обоих случаях частичка передвигается от более высокого к более низкому потенциальному энергетическому состоянию

---