Tenk deg en tennisball hviler på et bord . Nå forestille du holder en tennisball i samme høyde . Ingen av kulene er i bevegelse, slik at heller ikke har noen kinetisk energi. Hvis du lar ballen løs fra hånden din , vil den begynne å bevege seg . Når den treffer bakken , vil den ha en hastighet som avhenger av høyden du droppet det fra. Men alt du gjorde var la det gå. Du gjorde ikke legge energi til det . Fordi begrepet bevaring av energi er sentralt i fysikk , foreslo fysikere at ballen hadde potensiell energi som ble konvertert til kinetisk energi. Ballen fortsatt på bordet , den som ikke har flyttet i det hele tatt , har fortsatt potensiell energi.
Nytten av begrepet
Objekter som viser ingen synlige tegn på energi kan investeres med potensiell energi som kan omdannes til bevegelse.
bevegelsen av en droppet ball kan beregnes med Newtons bevegelseslover . Hastigheten når ballen treffer bakken er sqrt (2 * h * g); hvor h er høyden , og g er tyngdeakselerasjonen . Hvis stedet du si at den kinetiske energien nederst --- ( 1/2 ) * m * v ^ 2 --- lik den potensielle energien på toppen --- mgh --- deretter hastigheten på bakken er sqrt (2 * h * g ) . Derfor, selv om begrepet potensiell energi er merkelig , kan den gi en nøyaktig metode for å løse problemene. Dette bringer deg til det elektriske feltet og begrepet elektrisk potensiell energi.
Det elektriske feltet
To elektriske ladninger utøve en kraft på hverandre . Du kan beregne effektene vite kreftene , på samme måte som du kan bruke Newtons lover til å beregne bevegelsen av en fallende gjenstand . Men , i likhet med diskusjonen i forrige avsnitt , kan du også tenke på problemet på en annen måte . Den første kostnad vil ha en effekt gjennom hele plassen , og du kan tenke på den effekten som et elektrisk felt . En måte å tolke det elektriske feltet er som en enhet som skaper en potensiell energi for eventuelle andre avgifter som er brakt inn i feltet . Enhver kraft på en kostnad vil være på grunn av endringer i den potensielle energien i en kostnad på feltet.
Energy for en kostnad i det elektriske feltet
Coulombs lov sier at den kraft som på den ene ladning, q , på grunn av en annen charge , Q, er proporsjonal med ( qq /r ^ 2) , hvor r er avstanden mellom de to kostnader . Mengden av arbeid som er gjort for å flytte rykk fra ett sted til et annet er lik kraften ganger avstanden . Det er også lik endringen i potensiell energi. Arbeidet er gitt ved ( QQ ) ganger integrert fra r1 til r2 av ( 1 /r ^ 2). Svaret er QQ * ( ( r1 - r2 ) /( r1 * r2 ) Så dette må være forskjellen i potensiell energi mellom R1 og R2 Starter fra QQ * ( ( r1 - . . R2 ) /( r1 * r2 ) , du kommer til QQ * ( ( r1 /( r1 * r2 ) - ( R2 /(R1 * r2) ) , noe som tilsvarer QQ /r2 - . QQ /r1 det er forskjellen i potensiell energi , U ( R2) - U ( r1 ) , så den potensielle energien i en kostnad i et elektrisk felt U ( r ) = konstant * QQ /r .