Energie potențială electrică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Energia electrică potențială , în fizică și electrotehnică, este energia potențială a câmpului electrostatic . Aceasta este energia posedată de o distribuție a sarcinii electrice și este legată de forța exercitată de câmpul generat de distribuția însăși. Împreună cu energia magnetică , energia potențială electrică constituie energia câmpului electromagnetic .

Energia potențială electrostatică poate fi definită ca lucrarea făcută pentru a crea o distribuție a sarcinii pornind de la o configurație inițială în care fiecare componentă a distribuției nu interacționează cu celelalte. De exemplu, pentru un sistem discret de sarcini, acesta coincide cu munca depusă pentru a aduce sarcinile individuale dintr-o poziție în care au potențial electric zero la aranjamentul final. [1] Energia potențială electrostatică poate fi de asemenea definită pornind de la câmpul electrostatic generat de distribuția însăși și, în acest caz, expresia sa este independentă de sursa câmpului.

Este o cantitate care poate fi atât negativă, cât și pozitivă, în funcție de faptul dacă munca depusă pentru a le aduce în configurația presupusă este pozitivă sau negativă. Două încărcături interacționale ale aceluiași semn au energie pozitivă, deoarece munca depusă pentru a le apropia trebuie să depășească repulsia lor, în timp ce din același motiv două încărcături de semn opus au energie negativă.

Definiție

Energia electrică potențială posedat de o sarcină electrică asemănătoare unui punct pe poziție în prezența unui câmp electric este opusul muncii realizată prin forță electrostatică a aduce dintr-o poziție de referință , în care sarcina are o energie cunoscută, în poziție . [2]

Energia electrostatică a unei distribuții de sarcină

Energia electrostatică este definită ca lucrarea necesară pentru a aduce un sistem de sarcini electrice, sau mai general o distribuție a sarcinii, într-o configurație spațială dată. [1]

Prin urmare, luați în considerare un sistem de taxe punctuale. Pentru a plasa prima încărcare electrică în spațiu nu se lucrează și, prin urmare . Pentru a îndeplini al doilea birou, ținând cont de primul, slujba este: [3]

unde este este distanța dintre poziții Și din Și . Pentru al treilea avem, în mod similar:

Având în vedere un sistem de taxe punctuale, avem în concluzie: [3]

cu . Într-o formă mai simetrică:

unde termenul se introduce ca în această sumă lucrarea pentru , care este la fel pentru , se numără de două ori. Prin separarea celor două însumări , potențialul electric este recunoscut:

iar energia potențială electrostatică este dată de:

Extinderea la cazul continuu arată că, având în vedere o distribuție continuă a sarcinilor descrise de o densitate a sarcinii cuprins în volum , energia electrostatică asociată distribuției este dată de integral: [4]

unde este este potențialul electric la punctul respectiv .

Energia asociată câmpului electrostatic

Energia sistemelor care interacționează electric, precum și alte proprietăți mecanice, pot fi descrise în mod similar în termeni de câmp electric . Această abordare, echivalentă cu cea anterioară, permite descrierea energiei sistemului prin câmpul pe care îl generează, indiferent de sursele sale.

Luând în considerare un volum , energia câmpului electrostatic conținut în această regiune este: [5]

unde este:

este densitatea energiei electrice în vid.

Dacă vă aflați în prezența unui dielectric , prin aceiași pași veți obține: [6]

unde este este vectorul de deplasare electrică și:

este densitatea energiei electrice din materie.

Derivare

În cazul distribuțiilor continue de încărcare avem:

cu densitatea sarcinii e volum infinitesimal. Folosind prima ecuație a lui Maxwell avem: [7]

prin aplicarea identității vectoriale dimpotrivă primesti:

Amintindu-mi asta această expresie devine următoarea:

Aplicând teorema divergenței [7] avem:

În acest moment, domeniul de integrare poate fi extins pe întreaga regiune a spațiului în care câmpul electric este semnificativ diferit de zero și, prin urmare, prima dintre cele două integrale poate fi neglijată. Din punct de vedere fizic, integralul fluxului care a fost neglijat reprezintă termenul energetic suplimentar care trebuie luat în considerare dacă suprafața de integrare nu este suficient extinsă pentru a conține tot spațiul în care câmpul nu este zero.

Aplicații

Utilizare

Utilizarea electricității este răspândită în societatea modernă și actuală prin conectarea la rețeaua electrică sau prin baterii sau acumulatori : gândiți-vă doar la utilizarea în iluminatul clădirilor (publice și private) și pe străzi, în alimentarea cu energie electrică a aparatelor de uz casnic și calculatoare , precum și în procesele industriale de producție sau în mașinile electrice, cum ar fi motoarele electrice .

Descoperirea sa a reprezentat, așadar, o adevărată revoluție tehnologică, economică și socială, declanșând o dependență / omniprezentă puternică și ireversibilă datorită avantajelor sale în comparație cu energia mecanică produsă de motoarele endoterme . Acestea includ faptul că poate fi transportat de la distanță, zgomotul redus de funcționare al echipamentelor electrice, absența vaporilor de evacuare în locurile de utilizare și amprenta mai mică a unei mașini electrice.

Pe de altă parte, dezavantajele includ faptul că nu este o sursă primară și, prin urmare, necesitatea unei infrastructuri de conversie care introduce inevitabil o pierdere de eficiență în procesul de conversie din amonte și în transportul de-a lungul liniilor electrice .

Centrale electrice

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Centrala electrică și producția de energie electrică .

Electricitatea, cu excepția electricității atmosferice din fulgere și a potențialului slab negativ al Pământului , nu este o sursă primară de energie pe Pământ și, prin urmare, trebuie produsă prin transformarea dintr-o sursă primară de energie, rezultând astfel o sursă secundară de energie . Procesul de transformare, cu o eficiență întotdeauna mai mică de 100%, are loc în interiorul centralelor electrice . În acestea, cu excepția fotovoltaicii , indiferent de sursa din care intenționați să generați energie, există trei mașini care sunt indispensabile scopului pe care doriți să îl atingeți:

  1. turbină
  2. alternator
  3. transformator

Un alt element care nu s-ar putea realiza fără a produce electricitate este apa , sub formă lichidă (ca în centralele hidroelectrice ) sau aburul (în centralele termoelectrice , geotermale , cu fisiune nucleară și termodinamice ), dar întotdeauna la presiune ridicată, pentru a faceți turbinele să se întoarcă la mai multe rotații, astfel încât să producă curentul alternativ cât mai constant posibil cu ajutorul alternatorului.

Utilizarea apei care, în aproape toate cazurile, trebuie încălzită până devine abur prezintă două tipuri de probleme:

Transport și distribuție

Odată realizată producția de energie electrică , transportul și distribuția pe scară largă a energiei electrice produse de centrale către utilizatorii finali are loc prin rețeaua de transport și rețeaua de distribuție .

Notă

  1. ^ a b Mencuccini, Silvestrini , Pagina 96 .
  2. ^ David Halliday, Resnick, Robert; Walker, Jearl,Electric Potential , în Fundamentals of Physics , 5th, John Wiley & Sons, 1997, ISBN 0-471-10559-7 .
  3. ^ a b Mencuccini, Silvestrini , Pagina 97 .
  4. ^ Mencuccini, Silvestrini , Pagina 98 .
  5. ^ Mencuccini, Silvestrini , Pagina 101 .
  6. ^ Mencuccini, Silvestrini , pagina 154 .
  7. ^ a b Mencuccini, Silvestrini , Pag. 100 .

Bibliografie

  • Corrado Mencuccini, Vittorio Silvestrini, Physics II , Naples, Liguori Editore, 1998, ISBN 978-88-207-1633-2 .
  • Gerosa, Lampariello, Lecții în câmpuri electromagnetice , Ediții inginerești 2000.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe


Controlul autorității Tezaur BNCF 5194