Κίνηση φορτίου σε ηλεκτρικό πεδίο

4. Δυναμικό - Δυναμική ενέργεια πολλών σημειακών φορτίων

Ερωτήσεις

4.1  Να συμπληρώσετε τα κενά στις προτάσεις που ακολουθούν:

α. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων Α και Β εκφράζει το ………. της δύναμης του πεδίου, ανά μονάδα ………. κατά τη μετακίνηση ενός φορτίου από το σημείο Α στο σημείο Β ενός ηλεκτρικού πεδίου.

β. Η δυναμική ενέργεια U ενός συστήματος δύο ηλεκτρικών φορτίων q1, q2 που απέχουν απόσταση r είναι ίση με το ……… της δύναμης αλληλεπίδρασης των δύο φορτίων κατά τη μεταφορά τους από τις θέσεις που αρχικά βρίσκονται σε …………… απόσταση μεταξύ τους.

γ.  Η ενέργεια αυτή ισούται με U=………….

δ. Η δυναμική ενέργεια ενός συστήματος  δύο ηλεκτρικών φορτίων, Q και q,  U=kQq/r, χρησιμοποιείται και ως δυναμική ενέργεια μόνο του q, αν το φορτίο Q είναι …………..   

ε. Η δυναμική ενέργεια συστήματος δύο ηλεκτρικών φορτίων είναι θετική όταν τα φορτία ……………. και αρνητική όταν τα φορτία……………..

στ. Το έργο της δύναμης ενός ηλεκτρικού πεδίου κατά τη μετακίνηση ενός φορτίου είναι ………………. της διαδρομής. Σε κλειστή διαδρομή το έργο αυτό είναι ………… Η δύναμη αυτή είναι ………………..

ζ. Όταν ένα θετικό φορτίο κινείται κατά τη κατεύθυνση μιας δυναμικής γραμμής η δυναμική του ενέργεια ………….. Όταν ένα αρνητικό φορτίο κινείται κατά τη κατεύθυνση μια δυναμικής γραμμής η δυναμική του ενέργεια………………

Κάθε φορτίο κινείται αυθόρμητα προς τέτοια κατεύθυνση ώστε η δυναμική του ενέργεια να ……………….

4.2 Να χαρακτηρίσετε ως σωστές ή ως λανθασμένες τις προτάσεις που ακολουθούν:

α. Το δυναμικό είναι διανυσματικό μέγεθος.

β. Το 1volt είναι ισοδύναμο με 1J/C.

γ. Το δυναμικό σε απόσταση r από φορτίο Q είναι ίσο με V=kQ/r2.

δ. Το 1eV είναι μονάδα ηλεκτρικού φορτίου.

4.3 Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές ή λάθος και γιατί;

α. Το έργο της ηλεκτρικής δύναμης κατά τη μεταφορά ενός φορτίου q από σημείο Α σε σημείο Β εξαρτάται από τη διαδρομή ΑΒ.

β. Το ηλεκτρικό πεδίο που παράγεται από ένα ακίνητο σημειακό φορτίο είναι συντηρητικό.

γ. Το έργο της δύναμης του ΗΣΠ σε μια κλειστή διαδρομή είναι μηδέν.

δ. Η δυναμική ενέργεια ενός φορτίου q σε ένα σημείο Α ενός ΗΣΠ δεν μπορεί να έχει αρνητική αλγεβρική τιμή.

ε. Η δυναμική ενέργεια ενός αρνητικού φορτίου -q σε ένα σημείο Α ενός ΗΣΠ έχει αρνητική αλγεβρική τιμή.

4.4 Να εξηγήσετε γιατί τα θετικά ηλεκτρικά φορτία που αφήνονται σ’ ένα σημείο ενός ηλεκτρικού πεδίου κινούνται στην κατεύθυνση στην οποία τα δυναμικά μικραίνουν, ενώ τα αρνητικά φορτία ακριβώς αντίθετα.

4.5 Ηλεκτρικό φορτίο q κινείται από σημείο Α σε σημείο Β ενός ηλεκτρικού πεδίου. Το έργο της δύναμης του πεδίου πάνω στο φορτίο είναι:

α. (VB-VA) q                 β. (VΑ-VΒ) q          γ. Μηδέν               δ. (VΑ-VΒ)/q

4.6 Μεταξύ δύο σημείων Α και Β ενός ηλεκτροστατικού πεδίου που παράγεται από ακίνητο σημειακό φορτίο +Q μεταφέρουμε ένα ηλεκτρικό φορτίο +q. Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.

Το έργο  της  δύναμης του πεδίου κατά τη μεταφορά του +q από το σημείο Α στο σημείο Β:

α. Είναι ανεξάρτητο της διαδρομής, ΑΒ.

β. Είναι ανεξάρτητο της τιμής του φορτίου +q.

γ. Εξαρτάται από την τιμή του +Q.

δ. Υπολογίζεται με τη βοήθεια των δυναμικών VA και VB.

ε. Είναι ανεξάρτητο των θέσεων των σημείων Α και Β.

στ. Μπορεί να είναι και μηδέν.

4.7 Αφήνουμε ένα σωματίδιο θετικού φορτίου +q μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο άλλου μονίμως ακίνητου θετικού σημειακού φορτίου +Q. Πάνω στο +q ασκείται μόνο η δύναμη Coulomb. Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.

α. Το σωματίδιο κινείται έτσι ώστε να αυξάνεται η δυναμική του ενέργεια.

β. Η επιτάχυνση του σωματιδίου μειώνεται.

γ. Η ταχύτητα του σωματιδίου αυξάνεται.

δ. Η μηχανική ενέργεια του σωματιδίου αυξάνεται.

ε. Η ορμή του σωματιδίου διατηρείται σταθερή.

4.8 Η δυναμική ενέργεια, U,  συστήματος δύο ηλεκτρικών φορτίων q1, q2 που απέχουν απόσταση r:

α. Είναι πάντοτε θετική.

β. Ανήκει κατά το μισό σε κάθε ένα από τα δύο φορτία.

γ. Είναι ανάλογη της απόστασης r.

δ. Αν τα φορτία είναι ομώνυμα είναι θετική.

4.9 Δύο φορτία q1 και q2 που βρίσκονται σε απόσταση r έχουν ως σύστημα δυναμική ενέργεια ίση με kq1q2/r. Δείξτε ότι τόση ακριβώς είναι και η ενέργεια που απαιτείται για να μεταφερθούν τα δύο φορτία q1, q2 από άπειρη αρχικά απόσταση, σε απόσταση, r.

4.10 Δύο ετερώνυμα ηλεκτρικά φορτία έχουν δυναμική ενέργεια -200J. Αν μεταφερθούν σε διπλάσια απόσταση μεταξύ τους θα έχουν:

α. -200J             β. -400J                 γ. -100J            δ. -50J

 Η συνέχεια εδώ