ЯК зміниться енергія, якщо зменшити напругу

Поняття енергії та напруги перетинаються тільки в одному розділі фізики «Електрика», проте їх взаємозв`язок різна в залежності від того, яке явище розглядається.

Інструкція

Відкрийте главу «Електрика» в підручнику з фізики. Перше, з чого починається розгляд електричних явищ - це заряд. Заряд є джерелом електричного поля. А різнойменні заряди, розташовані на деякій відстані один від одного є джерелом напруги, зміна якого тут розглядається. Отже, напруга - це різниця потенціалів між двома точками електричного поля. Потенціал же електричного поля - це напруженість електричного поля, помножена на відстань від заряду-джерела даного поля до даної точки.

Таким чином, потенціал електричного поля заряду прямо пропорційний заряду, що створює дане поле, і обернено пропорційний відстані від точки розгляду до самого заряду. Варто зауважити, що в даному випадку все розглядається для моделі точкового заряду. Розносячи заряди на великі відстані один від одного, можна зменшити енергію взаємодії даних зарядів. Але діючи таким чином, фактично зменшується різниця потенціалів між зарядами, тобто напруга. Значить, при зменшенні напруги зменшується і енергія взаємодії зарядів.

Щоб зрозуміти, яка точна залежність енергії електричного поля від напруги, загляньте в пункт «Електрична ємність» глави «Електрика» підручника фізики. Явна зв`язок енергії поля з напругою дається саме в контексті розгляду електричного поля заряджених плоскопараллельних пластин. Такі пластини формують електричне поле, яке ви можете зобразити горизонтальними променями, спрямованими від однієї пластини до іншої. Енергія такого поля, запасена конденсатором, залежить від параметра ємності конденсатора, а також від напруги, що подається на конденсатор. Причому дана енергія квадратично залежить від напруги на конденсаторі. Таким чином, збільшуючи напругу, можна в ще більшому ступені збільшити енергію поля.

Зверніть увагу, що нерідко, кажучи про взаємозв`язок енергії з напругою, мають на увазі енергію, рассеиваемую на резистивном елементі, тобто теплову енергію. Із закону Джоуля-Ленца відомо, що дана енергія прямо пропорційна напрузі на елементі, силі струму, що проходить через елемент, і часу, за який дана енергія розсіюється. Застосовуючи закон Ома і підставляючи з нього значення сили струму в вираз для енергії, можна отримати, що теплова енергія дорівнює відношенню твори квадрата напруги на елементі на час до опору резистивного елемента. Таким чином, знову можна бачити, що при зменшенні напруги на елементі, скажімо, удвічі енергія зменшиться в чотири рази.