Il concetto di energia potenziale è uno strano, ma è una utile. Se vedete gemellati, uno in giro gridando e giocando e l'altra seduta e lettura di un libro di foto, si direbbe il gemello fisicamente attivo era energico, e l'altro era un po' tranquillo. Un fisico può guardare due identiche particelle cariche in un campo elettrico, con uno spostamento e l'altra stazionario restante. Il fisico direi la particella ha energia cinetica, e l'altro ha energia, troppo: energia potenziale.
Il concetto di energia potenziale
Immaginate una pallina da tennis appoggiata su un tavolo. Ora immaginate che si tiene in mano una pallina da tennis alla stessa altezza. Né delle palle è in movimento, così nessuno ha tutta l'energia cinetica. Se si lascia la palla sciolto dalla tua mano, cominciano a muoversi. Quando colpisce il suolo, avrà una velocità che dipende l'altezza da che ti e ' caduta. Tuttavia, tutto quello che fatto è stato lasciato andare. È non aggiungere energia ad esso. Perché il concetto di conservazione di energia è centrale alla fisica, fisici proposto che la palla aveva energia potenziale che è stata convertita in energia cinetica. La palla ancora sul tavolo, quello che non si è mosso affatto, ha ancora energia potenziale.
L'utilità del concetto
Il movimento di una palla caduta può essere calcolato con le leggi di Newton del moto. La velocità quando la palla colpisce il suolo è sqrt (2 h g); dove h è l'altezza e la g è l'accelerazione di gravità. Se invece si dice che l'energia cinetica nella parte inferiore---(1/2) m v ^ 2---eguaglia l'energia potenziale in alto---m g h--- allora la velocità al suolo è sqrt (2 h g). Pertanto, anche se il concetto di energia potenziale è strano, può fornire un metodo accurato per risolvere i problemi. Questo si raggiunge il campo elettrico e il concetto di energia potenziale elettrica.
Il campo elettrico
Due cariche elettriche esercitano una forza a vicenda. È possibile calcolare gli effetti sapendo le forze, allo stesso modo è possibile utilizzare le leggi di Newton per calcolare il movimento di un oggetto che cade. Tuttavia, simili alla discussione nell'ultima sezione, si può anche pensare del problema in modo diverso. La prima carica avrà effetto per tutto lo spazio, e si può pensare di quell'effetto come un campo elettrico. Un modo di interpretare il campo elettrico è come un'entità che crea un'energia potenziale per altri oneri che vengono portati nel campo. Qualsiasi forza su una carica sarà a causa di cambiamenti nell'energia potenziale di una carica nel campo.
L'energia di una carica in campo elettrico
Legge di Coulomb dice la forza su una carica, q, a causa di un'altra carica, Q, è proporzionale a (qQ / r ^ 2), dove sono è la distanza tra le due cariche. La quantità di lavoro fatto per spostare la carica da un punto ad un altro è uguale alla forza volte la distanza. È anche uguale al cambiamento in energia potenziale. Il lavoro è dato da (qQ) volte l'integrale da r1 a r2 di (1/r ^ 2). La risposta è qQ((r1-r2) / (r1 r2). Così deve essere la differenza di energia potenziale tra r1 e r2. A partire da qQ((r1-r2) / (r1 r2), si arriva a qQ ((r1 /(r1 r2)-(r2 /(r1 r2)), che equivale a qQ/r2-qQ/r1. Questa è la differenza in energia potenziale, U(r2) - U(r1), così l'energia potenziale di una carica in un campo elettrico U(r) = costanteqQ/r.