+ Pokaż spis treści

Ruch ładunków w polu elektrostatycznym

Ładunek w polu elektrostatycznym


Jeśli ładunek q zostanie umieszczony w polu elektrostatycznym, to doznaje działania sił elektrycznych: F = q E  i  posiada energię potencjalną  E = q V.
Jeśli pole jest centralne, to siły powodują ruch niejednostajnie przyspieszony do lub od źródła w zależności od znaku ładunku , a energia potencjalna ładunku ulega przemianie w energię kinetyczną.


Ruch ładunku w polu jednorodnym


W polu o stałym natężeniu (jednorodnym) siły pola nadają cząstce o masie m , naładowanej ładunkiem q, stałe przyspieszenie(a) o wartości . Kierunek i zwrot przyspieszenia jest zgodny z kierunkiem i zwrotem siły.

Tor ruchu cząstki zależy od znaku ładunku cząstki i kąta , jaki tworzy jej prędkość początkowa z kierunkiem linii pola. Szczególne znaczenie ma oddziaływanie pola elektrycznego na swobodne elektrony np. w oscylografach, lampach kineskopowych, monitorach komputerowych itp. , czyli tam , gdzie konieczne jest sterowanie strumieniem cząstek naładowanych.

Zmiany energii ładunku w polu


Podczas przenoszenia ładunku w polu jednorodnym siły pola wykonują pracę. Jest ona równa zmianie energii kinetycznej przenoszonej cząstki :  ,  gdzie v   jest wartością prędkości uzyskanej przez cząstkę , liczonej wzdłuż linii pola wtedy , gdy jej prędkość początkowa  była równa 0. Ta praca stanowi równocześnie zmianę energii potencjalnej tej cząstki.

Elektron w polu protonu


W atomach, elektrony krążą wokół jąder zawierających protony. W atomie wodoru jest tylko jeden proton i jeden, krążący wokół niego w określonej odległości, elektron. Warunkiem krążenia jest działanie siły dośrodkowej i rolę tej siły spełnia siła elektryczna.

Energia krążącego elektronu jest sumą energii kinetycznej i energii potencjalnej. Energia potencjalna jest ujemna [ujemny elektron w polu dodatniego protonu], a kinetyczna dodatnia.
Całkowita energia elektronu jest ujemna [gdyby ta energia była dodatnia, elektron mógłby oddalać się od protonu]. Do zwiększenia odległości lub oderwania elektronu od protonu potrzebna jest energia z zewnątrz [np. ciepło, światło, zewnętrzne pole elektryczne] .