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电势能和电势的关系,最简单的理解是什么?

更新时间:2024-04-04 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

电势是粒子的属性,而电势描述了整个空间的属性。gXF物理好资源网(原物理ok网)

事实上,从数学角度理解电势的概念是最容易的。 电势实际上描述的是一个场,即电势场,它是标量场,而电场是矢量场。gXF物理好资源网(原物理ok网)

在数学上,我们将标量场定义为gXF物理好资源网(原物理ok网)

Φ=Φ(x,y,z)gXF物理好资源网(原物理ok网)

Φ是场强,数学上的意思是当x、y、z唯一确定时,就有唯一确定的场强Φ。gXF物理好资源网(原物理ok网)

例如,有一个标量场 Φ=x+yzgXF物理好资源网(原物理ok网)

那么坐标(1,2,3)处标量场的场强为Φ=1+2-3=0gXF物理好资源网(原物理ok网)

现在我们不妨通过电势差的概念推导出电势场的计算公式gXF物理好资源网(原物理ok网)

Uab=φb-φagXF物理好资源网(原物理ok网)

电势能gXF物理好资源网(原物理ok网)

当φa=0时,φb=UabgXF物理好资源网(原物理ok网)

式中,U为电势差,φ为电势。gXF物理好资源网(原物理ok网)

那么我们会发现,只要找到一个点a,规定它的电势为0,就可以得到电势场的方程。gXF物理好资源网(原物理ok网)

当然,对于一些特殊的电势场,我们定义了所谓的a点。 例如,点电荷产生的电势场在无穷远处被认为是0。 当然,在这个规定下,所谓的a点有无穷多个。电势能,就像 (+∞, 0, 0), (0, +∞, 0)gXF物理好资源网(原物理ok网)

也就是说,凡是满足公式r=+∞的点都可以作为a点。 但对于均匀电场下的电势场,我们没有规定零势能点,需要自己规定。gXF物理好资源网(原物理ok网)

现在我们来讨论一下电势能和电势之间的关系。 最简单的理解就是课本上的电势就是平均电势能,但是这种理解很奇怪。 而我们也可以将电势能理解为测量电势的工具。gXF物理好资源网(原物理ok网)

就像力是测量电场强度的工具一样,电势能可以用作测量电势大小的工具。gXF物理好资源网(原物理ok网)

当然,这种认识也是非常片面的。 我觉得电势可以理解为特定条件下的定律,但是这个定律是可变的,不像引力势那么方便。 引力势之所以方便,是因为他在读高中。 它几乎是物理学中普遍存在的东西(除了万有引力)。 其运行规则始终为φ=gh,E=mgh。 此外,引力势还贴心地为我们提供了一个非常直观的规则。 势能的零点是地面。gXF物理好资源网(原物理ok网)

因此,在解决引力势问题时,我们不需要考虑势能的零点,也不需要考虑引力势定律是否发生变化。gXF物理好资源网(原物理ok网)

电势能gXF物理好资源网(原物理ok网)

另一方面,对于点电荷来说,电势是非常反人类的。 1.虽然他给出了势能的零点,但是这个零点非常抽象电势能,很难理解。 2、引力势非常贴心。 它给了我们公式 φ=gh 来计算引力势。 点电荷的电势是多少? 我们会发现课本上根本没有给出。 3.电经常讨论多种电荷的相互作用。 即使教科书给出了点电荷电势的计算公式,但是多个点电荷产生的电势场又该如何处理呢?gXF物理好资源网(原物理ok网)

总结:点电荷电势的主要问题是:电势的零点是抽象的,电势场的大小根本无法计算。gXF物理好资源网(原物理ok网)

并获得均匀电场。 1、势能零点根本没有给出,需要自己定义。 2、没有给出电势场的计算公式,只给出了电势差U=Ed的计算公式。 当然这个问题我在之前的回答中已经给出了解决方案。gXF物理好资源网(原物理ok网)

在上面的讨论中,我们发现解决高中点收费的潜在问题是非常困难的。 至于均匀电场,虽然不如重力场那么方便,但还是可以解决的。gXF物理好资源网(原物理ok网)

最后,从大学物理的角度,给出点电荷电势的计算公式:φ=kq/r(无穷大为势能零点)gXF物理好资源网(原物理ok网)

相当于解决点电荷问题2。 对于问题3,我们可以通过势场叠加原理来处理。gXF物理好资源网(原物理ok网)

对于 n 个电荷,电势 φ=φ1+φ2+…+φngXF物理好资源网(原物理ok网)

例如,两个电荷产生的电势 φ=q1k/r1+q2k/r2gXF物理好资源网(原物理ok网)

当然高中的点电荷势问题不用这套公式也能解决。 当然,你需要付出的代价是需要非常复杂的思维过程来解决相关问题。 有了这组公式,解决点电荷电势问题就会变得相对容易一些。gXF物理好资源网(原物理ok网)

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