Номер 6, страница 409 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 72. Работа сил электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 6, страница 409.

Условие.

6. Как изменяется потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов при их удалении друг от друга?

Решение.

Решение

Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов $q_1$ и $q_2$, находящихся на расстоянии $r$ друг от друга, определяется формулой:

$W_p = k \frac{q_1 q_2}{r}$

где $k$ — коэффициент пропорциональности (в СИ $k = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \approx 9 \cdot 10^9 \frac{Н \cdot м^2}{Кл^2}$).

Изменение потенциальной энергии при удалении зарядов друг от друга (то есть при увеличении расстояния $r$) зависит от знаков зарядов. Рассмотрим два случая.

1. Заряды одноименные ($q_1 \cdot q_2 > 0$)

Если заряды имеют одинаковый знак (оба положительные или оба отрицательные), то их произведение $q_1 q_2$ положительно. Следовательно, и потенциальная энергия $W_p$ положительна. Такие заряды отталкиваются. При их удалении друг от друга сила электрического отталкивания совершает положительную работу, и потенциальная энергия системы уменьшается. Согласно формуле, при увеличении расстояния $r$ знаменатель дроби растет, а значит, значение всей дроби (и потенциальной энергии $W_p$) уменьшается, стремясь к нулю при $r \to \infty$.

Ответ: При удалении одноименных зарядов друг от друга их потенциальная энергия взаимодействия уменьшается.

2. Заряды разноименные ($q_1 \cdot q_2 < 0$)

Если заряды имеют разные знаки (один положительный, другой отрицательный), то их произведение $q_1 q_2$ отрицательно. Следовательно, и потенциальная энергия $W_p$ отрицательна. Такие заряды притягиваются. Чтобы удалить их друг от друга, необходимо совершить работу против сил электрического притяжения. Эта работа идет на увеличение потенциальной энергии системы. Согласно формуле, $W_p$ является отрицательной величиной. При увеличении расстояния $r$ знаменатель дроби растет, а абсолютное значение $|W_p|$ уменьшается. Так как $W_p$ — отрицательная величина, ее значение увеличивается (становится менее отрицательным), стремясь к нулю с отрицательной стороны при $r \to \infty$. Например, энергия может измениться с $-10$ Дж до $-5$ Дж, то есть увеличиться.

Ответ: При удалении разноименных зарядов друг от друга их потенциальная энергия взаимодействия увеличивается.