Номер 6, страница 254 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

6. Чему равна потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов?

6. Электростатическое поле, создаваемое точечным зарядом, является консервативным (потенциальным). Это означает, что работа сил поля по перемещению другого заряда не зависит от траектории, а определяется только начальным и конечным положением заряда. Благодаря этому свойству для описания взаимодействия зарядов вводится понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов — это скалярная физическая величина, равная работе, которую совершит электростатическое поле при удалении одного из зарядов от другого на бесконечно большое расстояние (где потенциальная энергия по определению принимается равной нулю).

Для нахождения этой энергии можно рассмотреть заряд $q_2$, находящийся в поле, созданном зарядом $q_1$. Потенциал $\phi_1$, создаваемый зарядом $q_1$ на расстоянии $\text{r}$ от него, определяется формулой:
$\phi_1 = k \frac{q_1}{r}$
где $\text{k}$ — коэффициент в законе Кулона ($k = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0\varepsilon}$, $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная, $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды), $q_1$ — величина заряда-источника, $\text{r}$ — расстояние до точки.

По определению, потенциальная энергия $W_p$ заряда $q_2$, помещенного в точку с потенциалом $\phi_1$, равна произведению этого заряда на потенциал:
$W_p = q_2 \cdot \phi_1$

Подставив выражение для $\phi_1$, получим формулу для потенциальной энергии взаимодействия двух точечных зарядов $q_1$ и $q_2$, находящихся на расстоянии $\text{r}$ друг от друга:
$W_p = k \frac{q_1 q_2}{r}$
Эта энергия является характеристикой всей системы зарядов. Она положительна ($W_p > 0$) для одноименных зарядов (они отталкиваются) и отрицательна ($W_p < 0$) для разноименных (они притягиваются).

Ответ: Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов $q_1$ и $q_2$, находящихся на расстоянии $\text{r}$ друг от друга, вычисляется по формуле $W_p = k \frac{q_1 q_2}{r}$, где $\text{k}$ — коэффициент пропорциональности в законе Кулона.