Номер 5, страница 319 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 12. Разность потенциалов. Энергия электростатического поля. Параграф 57. Потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле. Вопросы - номер 5, страница 319.

Условие.

5. В каком случае потенциальная энергия заряда:

а) уменьшается;

б) увеличивается?

Решение.

Потенциальная энергия $W_п$ заряда $\text{q}$, находящегося в точке электростатического поля с потенциалом $\varphi$, определяется формулой $W_п = q \cdot \varphi$. Изменение потенциальной энергии $\Delta W_п$ при перемещении заряда связано с работой $A_{поля}$, совершаемой электрическим полем, соотношением $\Delta W_п = -A_{поля}$.

Работа, совершаемая полем при перемещении заряда из точки 1 в точку 2, равна $A_{поля} = q(\varphi_1 - \varphi_2)$. Следовательно, изменение потенциальной энергии равно $\Delta W_п = W_{п2} - W_{п1} = q(\varphi_2 - \varphi_1)$.

а) уменьшается

Потенциальная энергия заряда уменьшается ($\Delta W_п < 0$), когда электрическое поле совершает положительную работу ($A_{поля} > 0$). Это происходит, когда заряд перемещается под действием сил электрического поля, то есть в направлении силы Кулона, действующей на него. Если заряд положительный ($q > 0$), его потенциальная энергия уменьшается при перемещении в область с меньшим потенциалом ($\varphi_2 < \varphi_1$). Если заряд отрицательный ($q < 0$), его энергия уменьшается при перемещении в область с большим потенциалом ($\varphi_2 > \varphi_1$).

Ответ: Потенциальная энергия заряда уменьшается, когда электрическое поле совершает над ним положительную работу.

б) увеличивается

Потенциальная энергия заряда увеличивается ($\Delta W_п > 0$), когда электрическое поле совершает отрицательную работу ($A_{поля} < 0$). Это означает, что работа совершается внешними силами против сил электрического поля. Заряд перемещается против направления силы Кулона, действующей на него. Если заряд положительный ($q > 0$), его потенциальная энергия увеличивается при перемещении в область с большим потенциалом ($\varphi_2 > \varphi_1$). Если заряд отрицательный ($q < 0$), его энергия увеличивается при перемещении в область с меньшим потенциалом ($\varphi_2 < \varphi_1$).

Ответ: Потенциальная энергия заряда увеличивается, когда внешние силы совершают работу против сил электрического поля.