PDF (1 MB) - FMI

Luku 4Sähköstaattinen energiaEsitiedot KSII luku 2, osa 2.10; oppimateriaali RMC luku 6 ja CL luku 5.Voiman, työn ja energian käsitteet ovat keskeisiä kaikessa fysiikassa. Mittaammesähkö- ja magneettikenttiä voimavaikutuksen kautta. Kun voimavaikuttaa varaukselliseen hiukkaseen, se tekee työtä ja hiukkasen energiamuuttuu. Samoin kuin mekaniikassa, myös elektrodynamiikassa energia voidaanjakaa liike- ja potentiaalienergiaan. Sähköstaattinen energia on potentiaalienergiaa.Kun varaus q siirtyy pisteestä A pisteeseen B sähköstaattisessakentässä, kenttä tekee työn∫ B ∫ B∫ BW = F · dl = q E · dl = −q ∇ϕ · dl = −q(ϕ B − ϕ A ) (4.1)AAATyön ja energian SI-yksikkö on joule (J), joka on sama kuin wattisekunti(Ws). Ylläolevan tarkastelun mukaan työ onmyös varaus kertaa sähköinenpotentiaali, jonka yksikkö on CV tai elektronivoltti (eV). Koska elektroninvaraus on 1.6022 · 10 −19 C,on1eV=1.6022 · 10 −19 J.4.1 Varausjoukon potentiaalienergiaVarausjoukon sähköstaattisella energialla ymmärretään systeemin potentiaalienergiaaverrattuna tilanteeseen, jossa kaikki varaukset ovat äärettömänkaukana toisistaan. Energia saadaan laskemalla yhteen tarvittava työ, kunkukin varaus tuodaan kerrallaan paikalleen tarkasteltavana olevaan varausjoukkoon.Koska alunperin tarkasteltavassa systeemissä ei ole varauksia, ensimmäinenq 1 varaus voidaan asettaa pisteeseen r 1 ilman työtä, W 1 =0.Toisen varauksen q 2 tuominen tämän lähelle merkitsee työntekoa voimaaF = q 1 r 1 /4πɛ 0 |r 1 | 3 vastaan, joten varauksen sijoittamiseksi pisteeseen r 2 ontehtävä työtäW 2 = q 1q 24πɛ 0 r 21(4.2)47