ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 8 класс · § 18
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 18. Единица электрического напряжения. Расчёт работы в электрическом поле

Что физически означает надпись «6 В» и сколько энергии передаст заданный заряд?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Что физически означает надпись «6 В» и сколько энергии передаст заданный заряд?

Наблюдаем и объясняем

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.

6 В
2 Кл

Постоянное напряжение; рассчитывается положительная работа поля при переносе заряда в выбранном направлении. A = Uq.

01

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.

02

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.

Три формы одной связи: сравнение
ИщемФормулаЕдиница результата
РаботуA = UqДж
НапряжениеU = A/qВ
Зарядq = A/UКл

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.

Цифровой мультиметр

При измерении важно различать единицы напряжения, тока и сопротивления.

André Karwath aka Aka · CC BY-SA 2.5 · Источник. Без изменений.

03

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.

04

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.

Соберём главное

Шесть выводов

01Вольт — джоуль на кулон.
02Формулу преобразуют под искомую величину, сохраняя физический смысл единиц.
03Приставки в единицах переводят до численного расчёта.
04На графике A(q) напряжение определяется отношением A/q.
05При постоянном напряжении работа пропорциональна перенесённому заряду.
06Нельзя путать перенос заряда с расходованием заряженных частиц.
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.

1. 1 В равен…
2. Формула работы поля при постоянном U?
3. 6 В и 3 Кл дают работу…
4. 12 В и 250 мКл дают…
5. 18 Дж на 2 Кл соответствуют…
6. 2 кВ равно…
7. Если удвоить U и q, работа…
8. График A(q) при постоянном U…
9. Больший наклон A(q) при одинаковых осях означает…
10. Напряжение батареи само по себе определяет всю её энергию?

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.

↑

Загрузка прогресса…