طاقة الوضع الكهربائية

طاقة الوضع الكهربائية أو طاقة الوضع الإلكتروستاتية هي في الأساس طاقة وضع تقاس بالجول وقد تم وصفها باستخدام قانون كولوم

طاقة الوضع الكهربائية

معلومات عامة

التعريف الرياضي	$U=-\int _{{r}_{\rm {ref}}}^{r}q\mathbf {E} \cdot \mathrm {d} \mathbf {s}$
التحليل البعدي	${\mathsf {L}}^{2}{\mathsf {M}}{\mathsf {T}}^{-2}$

التعريف

يتم تعريف طاقة الوضع الكهربية لنقطة ما بأنها الشغل المبذول في تحريك وحدة الشحنات الكهربائية من اللانهاية إلى تلك النقطة (دون إحداث أي تغيير في الطاقة الحركية لها ) . بشرط اختيار نقطة مرجعية يكون الجهد عندها يساوي صفراً .

ويتم تعريف طاقة الوضع الكهربية U_E لجسيم نقطي q على بعد مسافة r من المجال الكهربي E بانها سالب الشغل المبذول W بواسطة القوة الكهروستاتيكية لجذبها من النقطة المرجعية r_ref إلي النقطة r

$U_{\mathrm {E} }(\mathbf {r} )=-W_{r_{\rm {ref}}\rightarrow r}=-\int _{{r}_{mref}}^{r}q\mathbf {E} \cdot \mathrm {d} \mathbf {s}$,

حيث E' هو الحقل الكهربائي . و ds هو متجهه الإزاحة بين النقطة المرجعية إلي النقطة r .
أو يمكن تعريفها باستخدام القانون التالي :

$U_{\mathrm {E} }(\mathbf {r} )=q\Phi (\mathbf {r} )$,

الوحدات

في نظام الوحدات الدولي يتم قياس طاقة الوضع الكهربائية بوحدة الجول على اسم الفيزيائي الإنجليزي جيمس بريسكوت جول .
وفي نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية يتم القياس باستخدام إما وحدة الإرج أو الإلكترون فولت ورمزها eV حيث :
1eV = 1.602×10−19 J

طاقة الوضع الكهربائية لجسيم نقطي واحد

طاقة الوضع الكهربائية لجسيم نقطي q في وجود جسيم نقطي Q

طاقة الوضع الكهربائية لجسيم نقطي q في وجود جسيم نقطي Q.

نحسب طاقة الوضع الكهربائية U_E لجسيم نقطي q على بعد مسافة r من جسيم نقطي Q من المعادلة التالية :

$U_{E}(r)=k_{e}{\frac {qQ}{r}}$,

حيث
$k_{e}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$ ويسمي ثابت كولوم .
r هي المسافة بين الجسيم النقطي q والجسيم النقطي Q .

طاقة الوضع الكهربائية لجسيم نقطي q في وجود n جسيم نقطي Q_i

طاقة الوضع الكهربائية لجسيم نقطي q في وجود n جسيم نقطي Q₂ charge system:$U_{E}=q{\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\left({\frac {Q_{1}}{r_{1}}}+{\frac {Q_{2}}{r_{2}}}\right)$

طاقة الوضع الكهربائية U_E لجسيم نقطي q في وجود n جسيم نقطي Q_i اللازمة لتحريك وحدة الشحنات الكهربائية من اللانهاية إلى تلك النقطة . ويتم استخدام القانون التالي :

$U_{E}(r)=k_{e}q\sum _{i=1}^{n}{\frac {Q_{i}}{r_{i}}}$,

حيث
$k_{e}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$ ويسمي ثابت كولوم .
r هي المسافة بين الجسيم النقطي q والجسيم النقطي Q .

طاقة الوضع الكهربائية المخزنة في النظام

طاقة الوضع الكهربائية المخزنة U_E في النظام تأتي من المعادلة التالية :

$U_{\mathrm {E} }={\frac {1}{2}}\sum _{i=1}^{N}q_{i}\Phi (\mathbf {r} _{i})={\frac {1}{2}}k_{e}\sum _{i=1}^{N}q_{i}\sum _{j=1}^{N(j\neq i)}{\frac {q_{j}}{r_{ij}}}$,

(1)

حيث
$\Phi (\mathbf {r} _{i})=\sum _{j=1}^{N(j\neq i)}k_{e}{\frac {q_{j}}{\mathbf {r} _{ij}}}$,

حيث r_ij هي المسافة بين q_j و r_i .

الطاقة المخزنة في المجال الكهربائي المنتظم

وتحسب من العلاقة التالية :

$u_{e}={\frac {dU}{dV}}={\frac {1}{2}}\varepsilon _{0}\left|{\mathbf {E} }\right|^{2}.$

الطاقة المخزنة في العناصر الإلكترونية

الطاقة المخزنة في العناصر الإلكترونية المكثف
U_E=½ CV²

بعد العناصر الإلكترونية يستطيع تحويل الطاقة من صورة إلى صورة آخرى . فعلى سبيل المثال تستطيع المقاومة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية وهذا يسمي بقانون جول . ويتم حساب الطاقة المخزنة في المكثف من المعادلة :

$U_{E}={\frac {1}{2}}QV={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {Q^{2}}{2C}}$

حيث :
C هي السعة الكهربية .
V هو فرق الجهد الكهربي .
Q هي الشحنة الكهربائية المخزنة في المكثف .

انظر أيضاً

• الطاقة البحرية
• تجربة الطائرة الورقية
• قدرة التيار المتردد
• الريوستات السائل
• انقطاع الطاقة
• أزمة الكهرباء في الإكوادور عام 2009