Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie in einem elektrostatischen System

Ich habe Probleme, die Beziehung zwischen den Konzepten Arbeit und Energie in einem elektrostatischen System zu verstehen.

Wie ich weiß, ist die Definition von potentieller Energie die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten . In einem Gravitationsfeld wäre das

P E = W ( A F T e R ) = − W ( B e F Ö R e )
Wo W ( B e F Ö R e ) ist die Arbeit, die geleistet wird, um das Objekt aus der Unendlichkeit in eine bestimmte Position im Raum zu bringen, und W ( A F T e R ) im Gegenteil, von Position bis unendlich.

Nun scheint es im Fall eines elektrostatischen Systems, dass die potenzielle Energie die Arbeit ist, die erforderlich ist , um die Ladungen zusammenzubringen (das sagen die meisten Websites, Beispiel ). Das wäre

P E = W ( B e F Ö R e )
Bedeutet dies das P E = − W ( A F T e R ) ? Das wäre für mich minus der Fähigkeit zu arbeiten .

Vermisse ich völlig die Idee von W ( A F T e R ) in einem elektrostatischen System?

@AnubhavGoel Entschuldigung, ich war nicht zu klar. Mit W(vorher) meine ich die Arbeit, die geleistet wird, um das Objekt von der Unendlichkeit in eine bestimmte Position zu bringen, und mit W(nachher) das Gegenteil von einer Position in die Unendlichkeit. Deshalb habe ich geschrieben P= W(aft) = -W(bfr)
@AnubhavGoel abzüglich der Arbeit, die geleistet wurde, um das Objekt aus der Unendlichkeit an eine bestimmte Position im Raum zu bringen?
@AnubhavGoel ja das habe ich geschrieben. Sehen Sie, wir wissen, dass Gravitation PE immer negativ ist. Das liegt daran, dass der PE im Unendlichen Null ist und die Arbeit, um das Objekt aus dem Unendlichen in eine Position (W (vorher)) zu bringen, positiv ist (da die Bewegungsrichtung und die Richtung der anziehenden Schwerkraft gleich sind). Die Arbeit, um es in die andere Richtung zu bringen, in Richtung Unendlichkeit (W(after)) ist also negativ, was gleich der potentiellen Energie ist, der Fähigkeit, Arbeit zu verrichten (was schließlich wieder W(after) ist).
Wer hat das Arbeitsfeld gemacht oder wir?
Potenzielle Energie ist gleich der Arbeit, die von dem externen Agenten geleistet wird, um einen Körper aus dem Unendlichen in seine gegebene Position im Raum zu bewegen.

Antworten (2)

Denken Sie daran, dass wir jedes Mal, wenn wir über geleistete Arbeit sprechen, wissen müssen, welche Kraft sie verrichtet und wie die Zeichen definiert sind.

Wo  W ( B e G ich N )  ist die Arbeit, die geleistet wird, um das Objekt aus der Unendlichkeit in eine bestimmte Position im Raum zu bringen, und  W ( A F T e R )  im Gegenteil, von Position bis unendlich.“

Welche Kraft verrichtet diese Arbeit?

Das wäre eine äußere Kraft, die sie zusammendrückt, der sie widerstehen (wenn ihre Vorzeichen gleich sind, was ich hier annehme), was ergibt:

P E = W A = W

Die elektrische Kraft zwischen ihnen ist abstoßend und verrichtet die gleiche negative Arbeit! Aber da es das System selbst ist, das diese Arbeit macht, setzen wir ein Minus voran:

P E = − W B = − ( − W ) = W

Als Faustregel gilt, dass Energie in das System positiv ist. Deshalb ist die Arbeit durch externe Kräfte positiv, da dies typischerweise Energie von außen hereinbringen könnte. Energie aus dem System ist negativ. Aus diesem Grund wird vom System geleistete Arbeit mit einem Minuszeichen versehen, da dies typischerweise bedeuten könnte, dass das System Arbeit für etwas Externes aufgewendet hat. Aber das wird in verschiedenen Lehrbüchern sehr oft so oder umgekehrt definiert.

Es kommt also darauf an

  • zunächst einmal darauf, welche Kraft die Arbeit verrichtet, und
  • Zweitens , wie die Anmeldearbeit definiert ist (ist die Arbeit am System positiv oder negativ).

Oft ist dies nur eine Frage der Worte, denn wenn der Energiegehalt gestiegen ist, dann wissen wir ohne weiteres Rechnen, dass am System gearbeitet wurde , was im Fall von Ladungen bedeutet, dass sie näher beieinander liegen. Dann ist die Richtung bekannt und muss nicht aus Schildern bestimmt werden.

Warum ist dann die von einem externen Agenten geleistete Arbeit negativ, wenn wir ein Objekt um eine Höhe H anheben?
@harambe Ist es nicht? Ihr wendet positive Arbeit auf das Objekt-Erde-System an, um die potenzielle Energie zu erhöhen.
Ich bin bei diesem Teil verwirrt ... Ich habe meine Lehrbuchfragen mit Ihrer Analyse gelöst und die richtigen Antworten bekommen, aber ich bin verwirrt über die ganze geleistete Arbeit und das potenzielle Energieszenario?
Wenn wir ein Objekt um eine Höhe H in Bezug auf den Boden anheben, dann ist die durch die Schwerkraft geleistete Arbeit mgh, was gleich der äußeren Kraft ist. Welches von ihnen hat also ein negatives Vorzeichen und warum
@harambe Hmm, ich stimme dieser Antwort in der anderen Frage nicht vollständig zu, es sei denn, ich habe sie falsch verstanden. Wir sprechen immer von zwei Kräften in Bezug auf potentielle Energie: eine, die die externe Arbeit verrichtet, wie z Kraft in einer Feder oder die elektrische Abstoßung zwischen Ladungen usw.) - das ist die konservative Kraft ....
... Wenn die potentielle Energie erhöht wird , ist die Arbeit der konservativen Kraft negativ und die Arbeit der äußeren Kraft positiv. Das Erhöhen der potentiellen Energie ist dasselbe wie das „Aufladen“ des Systems mit Energie (z. B. das Zusammendrücken einer Feder und damit das Speichern von Energie darin), daher benötigen wir Energie von außen. Daher ist die Arbeit der äußeren Kräfte positiv. Wenn die potentielle Energie verringert wird , ist die von der konservativen Kraft geleistete Arbeit positiv und die von jeder externen Kraft negativ ...
... Das macht auch Sinn, da Sie die gespeicherte potentielle Energie neu "verbrauchen", dh die Energie nach außen abgegeben wird. Die Außenwelt entzieht diesem System Energie. Energie wegnehmen entspricht negativer Arbeit. Vielleicht liegt das Problem darin, dass diese beiden gleichzeitig konservativen und externen Kräfte nicht immer klar voneinander getrennt sind.
Kurz gesagt, die von einer externen Kraft geleistete Arbeit ist positiv, wenn sie die potenzielle Energie erhöht, und negativ, wenn die potenzielle Energie abnimmt, da die von einer externen Kraft geleistete Arbeit die Energie des Systems verbraucht
Auch die vom System geleistete Arbeit ist negativ, wenn die potenzielle Energie erhöht wird, da das System im Allgemeinen versucht, die Energie des Systems zu senken, indem es die Energie anfänglich dem System zuführt. Wenn die Energie verringert wird, ist die vom System geleistete Arbeit positiv, da die Energie gegeben wird zu Außerhalb davon wollen wir, dass das System jedes Mal arbeitet, also sollte die von ihm geleistete Arbeit auch positiv sein, da dies das ist, was wir wollen, und wenn die Energie verringert wird, leistet das System negative Arbeit, weil es versucht, die Energie zu verringern, was dem widerspricht, was wir wollen
@harambe So ähnlich, ja (Dein Satz ist ziemlich laaang da, aber ich glaube, ich verstehe deine Bedeutung)
Aber wenn ich das System als Buch und Erde nehme und das Buch auf eine gewisse Höhe hebe, dann wird die vom System geleistete Arbeit negativ sein, aber wenn ich das System nur als Buch nehme, dann wird auch die geleistete Arbeit negativ sein. Im ersten Fall , das System wirkte intern, aber im zweiten Fall wirkte eine äußere Kraft auf das Objekt, aber beide haben das gleiche Vorzeichen ... Wie ist das möglich?
@Abhinav Warum sollte das nicht möglich sein?

Es gibt zwei äquivalente Möglichkeiten, das Potential an einem Punkt zu definieren.

  • Das Potential an einem Punkt ist die Arbeit, die von einer externen Kraft geleistet wird, um eine positive Einheitsladung vom Nullpunkt des Potentials (oft als unendlich angenommen) zu dem Punkt zu bringen.
  • Das Potential an einem Punkt ist minus der Arbeit, die das elektrische Feld leistet, um eine Einheit positiver Ladung vom Nullpunkt des Potentials (oft als unendlich angenommen) zu dem Punkt zu bringen.
Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie in einem elektrostatischen System
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v