Напрежение

Преди да продължим, бих искал да разясня нещо, което направих по невнимание. Не бях много точен по отношение на използваната терминология. Бих искал да наблегна върху разликата между две неща, които до сега използвах като взаимнозаменяеми, но сега, тъй като започваме да учим за напрежение, мисля, че е важно да откроим тази разлика, за да избегнем едно объркване. Спомням си, че когато учих за това за пръв път, тези две думи ме объркваха и не разбирах разликата между тях. Двата термина са електрически... Понякога ще го срещаш като електричен... "електрическа потенциална енергия" и "електрически потенциал". Мисля, че дори в предишния клип използвах тези понятия като взаимнозаменяеми, а не трябваше. Трябваше да използвам единствено "електрическа потенциална енергия". А каква е разликата? Електрическата потенциална енергия е свързана със заряд. Свързана е със заредена частица. Само тази частица може да има енергия. Електричният потенциал пък е свързан с местоположение. Например ако имам заряд и знам, че е на място с даден електрически потенциал, мога да определя електрическата потенциална енергия в това място, като просто умножа стойността по заряда. Нека дам няколко примера. Да кажем, че имам безкрайна равномерно заредена плоча. Тук няма нужда да пресмятаме, защото имаме еднородно електрическо поле. Да кажем, че това е плочата. Ще я направя вертикална, просто за разнообразие, и да кажем, че е положително заредена плоча. И да кажем, че електрическото поле е постоянно, нали така? Постоянно е. Която и точка да вземем, всички вектори ще имат еднаква дължина, защото електрическото поле не променя големината си и избутва навън, защото когато рисуваме линиите на полето, приемаме, че използваме положителен тестов заряд, така че изтласква навън. Да кажем, че имаме заряд от 1 кулон. Всъщност, нека бъде 2 кулона, за да ти покажа нещо. Така, значи имаме положителен заряд от 2 кулона и започва на 3 метра и искам да го докарам на 2 метра. Така че трябва да измине разстояние от 1 метър. Каква е разликата в потенциалната електрическа енергия между частицата в тази и в тази точка? Разликата в електрическата потенциална енергия е размера на работата, както научихме в последните два клипа, която трябва да се приложи върху тази частица, за да се премести от тук до тук. Колко работа трябва да се приложи? Трябва да приложим сила, която предполагаме че вече се движи с постоянна скорост, или всъщност трябва да започнем с малко по-висока сила, за да се задвижи, но трябва да приложим сила, която е точно противоположната на Закона на Кулон, електростатична сила. Каква сила ще трябва да приложим? Всъщност, първо трябва да знаем какво е електрическо поле, нещо, което още не съм ти казвал, току що се сетих. Да кажем, че тези линии на полето са 3 нютона за кулон. Така че каква е силата във всяка една точка, упражнявана от полето върху тази частица? Електростатичната сила върху тази частица е равна на електрическото поле, умножено по заряда, който е равен на... току-що дефинирах, че електрическото поле е 3 нютона за кулон, по два кулона. Зарядът е равен на 6 нютона. Във всяка точка електрическото поле тласка насам 6 нютона. За да изтласка частицата в тази посока, трябва да компенсирам това напълно, и всъщност трябва начално въздействие, , както ще продължа да казвам. Трябва да приложа сила 6 нютона в посока наляво и да я прилагам в продължение на 2 метра, за да докарам точката тук. Така че цялата работа е равна на 6 нютона по 2 метра, което е равно на 12 нютон-метра или 12 джаула. Можем да кажем, че потенциалната електрическа енергия... енергията винаги е в джаули... Разликата в потенциалната електрическа енергия между тази и тази точка е 12 джаула. Друг начин да кажем това е – коя точка има най-висока потенциална енергия? Тази, нали така? Защото в тази точка сме по-близо до това, което я отблъсква, така че ако просто я оставим, тя ще започне да се ускорява в тази посока и много от тази енергия ще се превърне в кинетична енергия до момента, в който стигнем до тази точка, нали? Можем да кажем също, че потенциалната електрическа енергия в ето тази точка е с 12 джаула по-висока от потенциалната електрическа енергия в тази точка. Това е потенциална енергия. Какво е електрически потенциал? В общи линии, електрическият потенциал ни показва колко работа е нужна за единица заряд, нали така? Потенциалната електрическа енергия беше това – колко общо работа е нужна, за да се премести от тук до тук. Електрическият потенциал показва колко е работата, нужна за да се придвижи единица заряд от тук до тук. В примера, който току-що направихме, общата сила за придвижване от тук до тук е 12 джаула. Но колко работа е нужна за това придвижване за единица заряд? Работата за заряд е равна на 12 джаула за какво? Зарядът е 2 кулона. Така че е равно на 6 джаула за кулон. Това е разликата между потенциалната електрическа енергия между тази точка и тази точка. Каква беше разликата? Потенциалната електрическа енергия беше свързана с частица – колко повече енергия има частицата тук, отколкото тук. Когато говорим за електрически потенциал, защото делим на размера на частицата, той всъщност е независим от размера на частицата. Всъщност зависи единствено от положението ни. Така че говорим само за това колко повече потенциал, без значение от частицата, която използваме, има това положение по отношение на това положение? Като говорим за електрически потенциал, и по-точно за разлика в потенциалите, това е всъщност "напрежение", а мерната единица за напрежение е "волт". Така че 6 джаула за кулон е равно на 6 волта. Ако направим аналогия с гравитацията, казваме, че гравитационната потенциална енергия се измерва в mgh, нали така ? Това беше силата, това беше разстоянието, нали? Ако разширим аналогията, електрическият потенциал е количеството гравитационна потенциална енергия за масата, нали? Ако ни е нужен бърз начин да определим какъв е гравитационният потенциал в някоя точка, без да се интересуваме от масата – делим на масата и се получава гравитационното ускорение, умножено по височината. Ако това те обърква, просто не му обръщай внимание. Какво му е практичното на напрежението? То ни показва, без значение от размера на заряда и от това дали е положителен или отрицателен, каква е разликата в потенциалната енергия между две различни точки. При електрическия потенциал сравняваме точки в пространството. А при потенциалната електрическа енергия сравняваме зарядите в точки от пространството. Надявам се, че не те обърквам. В следващия клип ще решим няколко задачи и ще определим разликата в електрическия потенциал или разликата в напрежението между две точки в пространството, за разлика от заряда в две различни точки в пространството. Ще се видим в следващия клип.