Orice încărcare care se află în electricitatecâmp, forța acționează. În acest sens, atunci când sarcina se mișcă în câmp, are loc o anumită lucrare a câmpului electric. Cum se calculează această lucrare?
Lucrul unui câmp electric este de a transporta sarcini electrice de-a lungul unui conductor. Acesta va fi egal cu produsul de tensiune, curent și timpul petrecut la muncă.
Prin aplicarea formulei legii lui Ohm, putem obține mai multe versiuni diferite ale formulei pentru calcularea muncii curentului:
A = U˖I˖t = I²R˖t = (U² / R) ˖t.
Conform legii conservării energieimunca câmpului electric este egală cu schimbarea energiei unei singure secțiuni a circuitului și, prin urmare, energia eliberată de conductor va fi egală cu munca curentului.
Să exprimăm în sistemul SI:
[A] = B˖A˖s = W˖s = J
1 kWh = 3600000 J.
Să facem experimentul.Luați în considerare mișcarea unei sarcini într-un câmp cu același nume, care este format din două plăci paralele A și B și încărcate sarcini opuse. Într-un astfel de câmp, liniile de forță de-a lungul întregii lor lungimi sunt perpendiculare pe aceste plăci, iar când placa A este încărcată pozitiv, atunci intensitatea câmpului E va fi direcționată de la A la B.
Să presupunem că sarcina pozitivă q s-a deplasat de la punctul a la punctul b de-a lungul unei căi arbitrare ab = s.
Deoarece forța care acționează asupra încărcăturii din câmp va fi egală cu F = qE, lucrarea efectuată atunci când sarcina se mișcă în câmp conform căii date va fi determinată de egalitate:
A = Fs cos α, sau A = qFs cos α.
Dar s cos α = d, unde d este distanța dintre plăci.
Prin urmare, urmează: A = qEd.
Să presupunem că acum sarcina q se va deplasa de la a și b, în esență acb. Munca realizată de câmpul electric de-a lungul acestei căi este egală cu suma lucrării realizate în secțiunile sale individuale: ac = s₁, cb = s₂, adică
A = qEs₁ cos α₁ + qEs₂ cos α₂,
A = qE (s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂,).
Dar s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂ = d și, prin urmare, în acest caz, A = qEd.
În plus, să presupunem că taxa qse deplasează de la a la b de-a lungul unei linii curbate arbitrare. Pentru a calcula munca efectuată pe o anumită cale curbată, este necesar să stratificați câmpul dintre plăcile A și B printr-un număr de planuri paralele, care vor fi atât de apropiate unele de altele, încât secțiuni individuale ale traseului dintre aceste planuri pot fi considerat drept.
În acest caz, activitatea câmpului electric,produs pe fiecare dintre aceste segmente ale căii va fi egal cu A₁ = qEd₁, unde d₁ este distanța dintre două planuri adiacente. Și lucrarea totală pe întreaga cale d va fi egală cu produsul lui qE și suma distanțelor d₁, egală cu d. Astfel, ca rezultat al traseului curbat, lucrarea perfectă va fi egală cu A = qEd.
Exemplele pe care le-am considerat arată cămunca câmpului electric pentru a muta sarcina dintr-un punct în altul nu depinde de forma căii de mișcare, ci depinde numai de poziția acestor puncte în câmp.
În plus, știm că lucrarea carese realizează prin gravitație atunci când corpul se deplasează de-a lungul unui plan înclinat având o lungime l, va fi egal cu munca pe care o face corpul când cade de la o înălțime h și înălțimea planului înclinat. Acest lucru înseamnă că lucrarea gravitațională, sau, în special, funcționează atunci când un corp se mișcă într-un câmp gravitațional, de asemenea, nu depinde de forma căii, ci depinde doar de diferența de înălțime a primului și ultimului punct al cale.
Astfel, se poate dovedi că o proprietate atât de importantă poate fi posedată nu numai de o uniformă, ci și de orice câmp electric. Forța gravitațională are o proprietate similară.
Lucrarea câmpului electrostatic pentru a muta o sarcină punctuală dintr-un punct în altul este determinată de o integrală liniară:
A₁₂ = ∫ L₁₂q (Edl),
unde L₁₂ este traiectoria sarcinii, dl -deplasare infinitesimală de-a lungul traiectoriei. Dacă conturul este închis, atunci simbolul ∫ este utilizat pentru integral; în acest caz, se presupune că a fost aleasă direcția traversării buclei.
Lucrul forțelor electrostatice nu depinde de formăcale, dar numai din coordonatele primului și ultimului punct de mișcare. În consecință, forțele de câmp sunt conservatoare, iar câmpul în sine este potențial. Este demn de remarcat faptul că activitatea oricărei forțe conservatoare de-a lungul unei căi închise va fi zero.
