位能 Potential Energy.

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位能 Potential Energy

W 功造成動能的變化

W Ui Ki Uf Kf

mgy 有如動能一樣,定為位能 W Ui Uf

W Ui Ki Uf Kf

如無外力: Ui Ki Uf Kf 機械能守恆

如無外力:

位能 x

位能 Potential Energy

在3D空間中

對任意兩路徑 若是位能定義要唯一 保守力 保守力才能定義位能!

電位能 Electric Potential Energy 靜電力是不是保守力?

先考慮一固定電荷Q旁一可運動的小電荷q A,B之間的電位能差: A’ 垂直於 r 的運動不作功 與AB的方向無關

靜電力為保守力,可以定義電位能

電位能 取

若有一個以上的固定電荷Q,電力可以疊加,因此還是保守力。 F2 q

若有一個以上的固定電荷Q,電位能可以疊加: F2 F3 q F1

Q2 Q1 Q3 F2 F3 q F1 電位遍佈整個空間 電位只與 q 的位置相關,與 q 的電荷量無關

電位 Electric Potential 若已知電場 若已知電荷源

Q2 Q1 Q3 F2 q

對漩渦狀電場來說: 在靜電學中,漩渦狀電場是不可能的!

靜電學的電場形狀: 放射狀

Maxwell Equations

電位的計算 沿著垂直於電場的方向!

電位的計算 沿著平行於電場的方向!

均勻電場的電位

等位面

等位面不能交會 沿等位面方向的電場為零,故電場垂直於等位面 等位面越密,電場越強:

導體的電性 導體內電場為零 導體內電荷為零,電荷移到表面

因為導體內電場為零,因此為等電位!

因表面為等位面,電場垂直於導體表面!

雷電 在一般晴天時的大氣層中,每1m會有大約100V左右的電位差! 地面的負電荷大約 -10-9 C/m2,正電荷位於50km高的電離層 空氣因宇宙線會些微游離而導電,約10分鐘電荷即會流失

地表會經由閃電現象再次充電

雷雨雲的下層帶負電

雷雨雲接近,在附近地表感應正電,電場過大時即造成空氣游離,放電而發生閃電,將負電荷帶到地面!

0.32 s

電容 Capacitor

電容外的電場為零! 電容為儲存電場的裝置。

儲存於電容中的能量 能量密度只與當地電場有關! 能量可看成是儲存於電場之中!

電場是一個方便的計算工具 電場的引進使得電力可以不再是超距力 電場越來越有個性,本身越來越像就是物理實體 電場可以攜帶能量