כמה מילים על פוטנציאל חשמלי.

שלח תגובה
amirber
הודעות: 480
הצטרף: 14:20 30/04/2007
יצירת קשר:

כמה מילים על פוטנציאל חשמלי.

שליחה על ידי amirber » 11:44 30/08/2012

לבקשת תלמידה - כמה מילים על פוטנציאל חשמלי.

הפוטנציאל החשמלי V הוא מושג מופשט שההבנה שלו דורשת מעט מאמץ. כדי להבין מה הוא הפוטנציאל התחלנו מהגדרת האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית \(u=\int\frac{k q dQ}{|R|}\) . שינוי באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית נוצר כאשר מבוצעת עבודה על מערכת (לדוגמה העברת פרוטון בין לוחות קבל נגד השדה החשמלי, הרכבה של מערכת מטענים וכ'ו). במכניקה האנרגיה הפוטנציאלית הכובדית (גרוויטציונית) הוגדרה בפשטות כ \(u=m|\vec{g}|h\) מכוון שבוצעה ההנחה ששדה הכבידה קבוע, סביב לוח טעון אינסופי (או בתוך קבל) השדה החשמלי קבוע ולכן האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית היא \(u=q|\vec{E}|d=q 2\pi \sigma K d\), במובן זה השדה החשמלי הקבוע E אנלוגי לשדה הכבידה g, המיקום d אנלוגי לגמרי ל-h וכמובן שהמטען q והמסה m אנלוגיים האחד לשני. ממש כשם שהשדה החשמלי מתאר מה היה הכוח *אם* היה מטען, הפרש הפוטנציאלים מתאר מה היה הפרש האנרגיה הפוטנציאלית *אם* היה מטען.מכוון ששדה הכבידה g, וגם השדה החשמלי E לא תלויים בכך שיהיה מטען (m או q) הביטוי להפרש באנרגיה הפוטנציאלית *אם* היה מטען הוא הפוטנציאל V (בכבידה לא נהוג להגדיר אותו).

הדוגמה של לוח אינסופי היא המקרה הפשוט ביותר, מכוון שהשדה במצב זה קבוע. במכניקה האנרגיה הפוטנציאלית של קפיץ שונה מזו של הגרוויטציה ובחשמל הפוטנציאל עבור חלקיק נקודתי, ספרה, מוט או כל צורה אחרת כיד הדמיון תהיה שונה. הביטוי לשדה החשמלי יהיה תלוי בצורה ו/או במרחק ממנה ולפעמים יהיה צורך להתאמץ קצת יותר כדי לחשב את השדה החשמלי וממנו את הפוטנציאל או להפך.

סביר שלא תיתקלו בפוטנציאל החשמלי בסמטה אפלה, אבל ישנם הרבה מצבים בכימיה וביולוגיה שבהם הפוטנציאל החשמלי משמעותי (למעשה כמעט כל האינטראקציות הכימיות הן חשמליות בבסיסן). נוירונים בנויים כך שהם עטופים ממברנה מבודדת שמאפשרת ליוני אשלגן \(K^+\) לעבור פנימה או החוצה מהתא בעוד שיוני הפרוטאינים \(Pr^-\) (חלבונים?) לא מסוגלים לעשות זאת, הנוזל שנמצא בתוך התא מוליך ולכן הפרוטאינים מתקבצים על דפנות התא בצמוד לממברנה.

דוגמה נאה מכימיה אפשר למצוא באיור 1 של המאמר:http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v129/i4/p044302_s1 האיור מציג את משטח האנרגיה הפוטנציאלית של מולקולת מים, כך שקבוצת ה-OH מקובעת ואת אטום המימן הנוסף ניתן למקמם באזורים שונים. אמנם האטומים עצמם ניטראליים אבל סידור האלקטרונים הפנימי יוצר "דיפול" יש אזור שבו האלקטרונים נמצאים יותר ואזור בו הם נמצאים פחות, יש \(+q\) ו- \(-q\) . אותו דבר קורה גם למולקולת המים השלמה, יש בה אזורים שבהם יותר מטען חיובי ואזורים בהם יותר מטען שלילי, התפלגות המטענים הזו יוצרת שדה - וגם פוטנציאל. אם ניקח שתי מולקולות מים ונבחן איך הן "ירצו" להסתדר - זה יהיה במצב שבו האנרגיה החשמלית של שתיהן (המערכת) תהיה מינימלית, איך האנרגיה הזו תשתנה אם נקרב אותן כך ששני אטומי החמצן יתקרבו זה לזה או שדווקא נקרב אטום מימן לאטום חמצן? בעיה כזו כדאי לפתור עם פוטנציאל שנותן מידע כללי - ואת האנרגיה נמצא על ידי הכפלתו במטען הרלוונטי.

ואם כל זה לא עוזר:

תמונה
סע,
יש'ך עוד...

שלח תגובה

חזור אל “- פיסיקה 2ג (במקור למדעי החיים)”