יש לקבוע נקודת יחוס שבה .
עבור מערכות קומפקטיות .
משמעות פיזיקלית: עבודה ליחידת מטען. .
הפרש פוטנציאלים:
היצור הזה אינו תלוי בנקודת הייחוס(הוכחה: ברור).
הפרש פוטנציאלים נמדד ביחידות בשם וולט - .
עקרון הסופרפוזיציה:
- עבור מערכות בדידות: .
- עבור מערכות רציפות: .
הקשר לשדה החשמלי:
שדה אלקטרוסטטי הוא שדה משמר ולכן:
תרגול
נתונה טבלה אינסופית בעובי בכיוון הטעונה בצפיפות מטען אחידה .
נקודת היחוס בראשית הצירים().
חשבו את הפוטנציאל החשמלי במרחב.
נצייר סקיצה:
מסימטריה: ובנוסף לכל .
נמצא את השדה החשמלי כמו בתרגול הקודם:
הפוטנציאל מתקבל ע"י ההגדרה. נתחיל מהתחום האמצעי(בתוך הטבלה שהיא לא טבלה)
ולכן זהו הפוטנציאל בתוך הטבלה.
מחוץ לטבלה:
שתי טבעות ממוקמות זו מעל זו כאשר טבעת 1 ממוקמת בגובה מעל טבעת 2.
לטבעת העליונה רדיוס וצפיפות מטען אחידה .
לטבעת התחתונה רדיוס וצפיפות מטען אחידה .
מהי העבודה שנדרש לבצע כדי להביא מטען ממרכז הטבעת העליונה למרכז הטבעת התחתונה?
נצייר סקיצה:
עבור טבעת בודדת ברדיוס וצפיפות מטען אחידה אזי הפוטנציאל(כאשר נקודת היחוס ב-) על ציר הסימטריה נתון ע"י המשוואה הבאה:
העבודה תהיה: . נמצא את לפי הנוסחה הנ"ל.
באמצעות עקרון הסופרפוזיציה נדע כי:
לכן מתקיים:
נתון הפוטנציאל הבא: .
מהו השדה החשמלי המתאים לפוטנציאל זה?
נמצא זאת לפי הגרדיאנט:
טבעת ברדיוס ממוקמת במישור וטעונה במטען בצורה אחידה.
מנקודה משחררים מטען שלילי נקודתי בגודל עם מסה .
(אין כוח כבידה ואין כוח חיכוך)
מה המהירות המקסימלית שאליה הגיע הגוף במהלך תנועתו?
משימור אנרגיה: .
הגוף משוחרר ממנוחה ולכן .
נחשב את האנרגיה הפוטנציאלית בהתחלה(כאשר נשים לב כי ):
כעת נמצא את האנרגיה הפונטנציאלית בסוף(האנרגייה הקינטית תהיה הכי גדולה כשהפוטנציאלית הכי קטנה וזה קורה במרכז הטבעת.):
ואז מתקיים: