Erläuterung zur elektrischen potentiellen Energie

Nach dem, was ich aus meinen Notizen verstehe (korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege), ist elektrische potentielle Energie die Arbeit, die geleistet wird, um die Ladung von der Unendlichkeit zu einem bestimmten Punkt von der Quellenladung zu bringen. Dieser Punkt sei X. Im Fall einer Quellenladung +Q wird eine elektrostatische Abstoßungskraft auf die Testladung +q ausgeübt und die Testladung wird in einem isolierten System ins Unendliche und von der Quellenladung weg beschleunigt.

Nahe unendlich oder wenn sich der Abstand von der Testladung und der Quellladung gegen unendlich nähert, nähern sich die elektrische Kraft und die elektrische Feldstärke Null. Um die Testladung zum Punkt X zu bringen, müsste auf die Testladung eine Kraft ausgeübt werden, die in Richtung der Quellenladung wirkt. Diese Kraft ist die äußere Kraft, die der auf die Prüfladung ausgeübten elektrischen Kraft entgegenwirkt.

Wenn die Testladung näher an die Quellladung herangebracht wird, nimmt die elektrische Kraft zu, was bedeutet, dass die äußere Kraft konstant gleich der elektrischen Kraft gemacht werden muss, damit sich die Testladung weiter mit konstanter Geschwindigkeit auf die Quellladung zubewegt. Ich gehe davon aus, dass es wichtig ist, dass sich die Testladung mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, da sonst die an der Testladung / dem Energieeintrag in das System geleistete Arbeit sowohl aus elektrischer potentieller Energie als auch aus kinetischer Energie besteht.

Das Diagramm der Kraft-Entfernung (von der Testladung zur Quellenladung) sollte wie folgt aussehen:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Verrichtete Arbeit oder elektrische potentielle Energie wäre also:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier bin ich mir etwas unsicher:

1) In der Nähe von Unendlich würde die Testladung immer noch von der Quellladung weg beschleunigt, obwohl die elektrische Kraft sehr klein oder nahe 0 wäre. Damit die Testladung in die entgegengesetzte Richtung zur Quellladung gebracht werden kann, die Die externe Kraft muss größer sein als die elektrische Kraft am Punkt nahe Unendlich, so dass die resultierende Kraft, die auf die Testladung ausgeübt wird, in Richtung der Quellenladung gerichtet ist. Die Testladung beschleunigt in Richtung der Quellenladung, bis die äußere Kraft gleich der elektrischen Kraft ist, in der sie sich dann mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung P bewegt, wenn die äußere Kraft weiterhin gleich der elektrischen Kraft ist. Andernfalls, wenn die äußere Kraft konstant gleich der elektrischen Kraft ist, wie in meinen Notizen angegeben, würde sich die Testladung gemäß dem ersten Newtonschen Gesetz immer noch weiter von der Quelle entfernen.

2) In Bezug auf die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegende Testladung, während sie von unendlich nach Punkt X verschoben wird, was passiert, wenn eine äußere Kraft, die auf die Testladung nahe unendlich ausgeübt wird, gleich der elektrischen Kraft ist, die auf die Testladung am Punkt X oder ausgeübt wird? a Newton (im Diagramm dargestellt)? Obwohl das Objekt anfangs beschleunigen würde, wenn die Größe der Beschleunigung abnehmen würde, würde KE abnehmen, weil es in EPE umgewandelt würde. Ist dies eine andere Möglichkeit, EPE zu berechnen?

Antworten (1)

Andernfalls, wenn die äußere Kraft konstant gleich der elektrischen Kraft ist, wie in meinen Notizen angegeben, würde sich die Testladung gemäß dem ersten Newtonschen Gesetz immer noch weiter von der Quelle entfernen. Ist das richtig?

Wenn die Nettokraft auf die Testladung Null ist, befindet sie sich entweder in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit.

Sie haben Recht, wenn die Testladung vor dem Aufbringen der äußeren Kraft freigegeben wird, bewegt sie sich von der Quellenladung weg.
Was ist jedoch falsch daran, dass die Testladung eine Anfangsgeschwindigkeit in Richtung der Quellladung hat und die Nettokraft auf die Testladung Null bleibt?

Oder die externe Kraft für eine kurze Strecke etwas größer als die Abstoßungskraft machen, wenn die Testladung weit von der Quellenladung entfernt ist, und dann die Nettokraft auf die Testladung auf Null halten.
Also der "zusätzliche" Arbeitsaufwand der auf die Testladung entfällt Δ F e X T e R N A l , F A R Δ R F A R .
Wenn sich die Testladung dann in der Nähe der Quellenladung befindet, ist die äußere Kraft kleiner als die Abstoßungskraft, sodass die Testladung am Punkt ankommt X mit Nullgeschwindigkeit.
Insgesamt ist der "reduzierte Arbeitsaufwand für die Testladung Δ F e X T e R N A l , N e A R Δ R N e A R so dass Δ F e X T e R N A l , F A R Δ R F A R + Δ F e X T e R N A l , N e A R Δ R N e A R = 0 dh die Nettoarbeit, die durch Änderung der Nettokraft auf die Testladung verrichtet wird, ist Null.

Danke! Aber was ist mit meinem zweiten Punkt, ist es nicht möglich, die äußere Kraft gleich der elektrischen Kraft am Punkt X nahe Unendlich zu machen?
@xander Natürlich ist es das, aber Ihr Zweck ist es, die Arbeit zu finden, die von einer externen Kraft geleistet wird, um die Testladung näher an die Quellladung zu bringen, ohne die kinetische Energie der Testladung zu ändern. Sie könnten also zulassen, dass sich die Testladung von der Quellenladung wegbewegt, aber dann müssten Sie eine äußere Kraft aufbringen, die größer als die Abstoßungskraft ist, um die Testladung in die richtige Richtung zu bewegen, dh näher an die Quellenänderung.
Mein Fehler; erkannte, dass, obwohl die Größe der Beschleunigung abnehmen würde, wenn die Testladung näher an die Quellladung gebracht wird, die Testladung immer noch an Geschwindigkeit bis zum Punkt X zunehmen würde, was eine Zunahme von KE bedeuten würde. Sie müssten dann die externe Energie verringern, um die Testladung bei P zu stoppen und den KE wieder auf 0 zu verringern. Danke für die Hilfe!