Энергия на каждый кулон
Меняй напряжение и переносимый заряд. График A(q) и расчёт показывают одну зависимость.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Постоянное напряжение; рассчитывается положительная работа поля при переносе заряда в выбранном направлении. A = Uq.
Один вольт
Напряжение 1 В означает, что при переносе положительного заряда 1 Кл по рассматриваемому направлению поле совершает работу 1 Дж. Поэтому 1 В = 1 Дж/Кл. Название единицы дано в честь Алессандро Вольты.
Напряжение 6 В соответствует 6 Дж работы на каждый кулон при выбранных условиях. Оно не означает, что в устройстве находится ровно 6 Дж энергии: полная работа зависит ещё и от переносимого заряда.
1 В = 1 Дж/Кл
Энергия на единицу заряда
U = 6 В, q = 1 Кл
A = 6 Дж
U = 6 В, q = 3 Кл
A = 18 Дж
Вольт — джоуль на кулон.
Почему напряжение батареи не сообщает её полную энергоёмкость?
Нужно знать, какой заряд она способна перенести при работе, и учитывать изменение напряжения. Одна величина U не задаёт весь запас энергии.
Три формы одной связи
Основная связь A = Uq. Если требуется напряжение, U = A/q; если заряд — q = A/U. Здесь рассматривается постоянное напряжение и положительный модуль перенесённого заряда в направлении, где поле отдаёт энергию.
В более общем описании знак работы зависит от направления перемещения и знака заряда. Для большинства задач этого параграфа важно сначала установить, что рассчитывается положительная работа на потребителе, и не подменять q числом электронов.
| Ищем | Формула | Единица результата |
|---|---|---|
| Работу | A = Uq | Дж |
| Напряжение | U = A/q | В |
| Заряд | q = A/U | Кл |
Формулу преобразуют под искомую величину, сохраняя физический смысл единиц.
Можно ли поставить число электронов N прямо вместо q?
Нет. Сначала заряд выражают в кулонах: |q| = Ne. Число частиц и электрический заряд — разные величины.
Химический элемент типоразмера AA
Вольты на источнике характеризуют энергию на единицу переносимого заряда.
Solomon203 · CC BY 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Цифровой мультиметр
При измерении важно различать единицы напряжения, тока и сопротивления.
André Karwath aka Aka · CC BY-SA 2.5 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Расчёт с переводом единиц
Через участок с напряжением 12 В перенесён заряд 250 мКл. Переводим: 250 мКл = 0,25 Кл. Тогда A = 12·0,25 = 3 Дж. Запись 12·250 дала бы ошибку в тысячу раз.
Если при переносе 2 Кл совершено 18 Дж работы, U = 18/2 = 9 В. Проверка размерности: Дж/Кл даёт вольты. Численный результат стоит сопоставить с исходным отношением энергии и заряда.
1. Данные в СИ
250 мКл = 0,25 Кл
2. Подстановка
A = 12·0,25
3. Ответ и проверка
3 Дж; 12 Дж на каждый Кл
Приставки в единицах переводят до численного расчёта.
Что означает 2 кВ в вольтах?
2 кВ = 2000 В. Для каждого кулона при заданном направлении работа составляет 2000 Дж, но это не разрешение на самостоятельные опыты с таким напряжением.
Читаем график работы
При постоянном U зависимость A от q — прямая через начало координат. Чем больше напряжение, тем больше работа при одном и том же заряде и тем круче линия при одинаковых масштабах осей.
В модели меняй сначала q, сохраняя U: точка движется по одной прямой. Затем меняй U: изменится наклон зависимости. Площадь под этим графиком не является нужной работой — сама вертикальная координата уже показывает A.
Выбрать U
Задать энергию на каждый кулон
Изменить q
Получить новую суммарную работу
Сравнить наклоны
При равных масштабах больше U — круче линия
На графике A(q) напряжение определяется отношением A/q.
Если удвоились и U, и q, во сколько раз выросла работа?
A = Uq, поэтому работа увеличилась в четыре раза. Это произведение двух множителей, а не их сумма.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 18. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 18. напряжения. Расчет работы.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.