Номер 2, страница 139 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

2. Как вы понимаете утверждение «электростатическое поле потенциально»? Как связана работа силы электростатического поля по перемещению электрического заряда с изменением потенциальной энергии заряда в этом поле?

Как вы понимаете утверждение «электростатическое поле потенциально»?

Утверждение «электростатическое поле потенциально» означает, что работа, совершаемая силами этого поля при перемещении электрического заряда из одной точки в другую, не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением заряда. Такие поля также называют консервативными.

Эквивалентное определение потенциального поля заключается в том, что работа сил поля по перемещению заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Если заряд возвращается в исходную точку, полная работа поля равна $0$.

Электростатическое поле создается неподвижными в пространстве электрическими зарядами. Сила, действующая на пробный заряд в таком поле (сила Кулона), является центральной силой, а все центральные силы являются консервативными. Следовательно, и поле, создаваемое этими силами, является потенциальным.

Основным следствием потенциальности электростатического поля является возможность введения скалярной энергетической характеристики поля — потенциальной энергии. Для каждой точки поля можно определить значение потенциальной энергии $W_p$, которой будет обладать помещенный в эту точку заряд. Работа поля при перемещении заряда будет равна разности потенциальных энергий в начальной и конечной точках.

Ответ: Утверждение «электростатическое поле потенциально» означает, что работа сил поля по перемещению заряда не зависит от траектории, а зависит только от начальной и конечной точек. Это позволяет ввести для заряда в поле характеристику — потенциальную энергию.

Как связана работа силы электростатического поля по перемещению электрического заряда с изменением потенциальной энергии заряда в этом поле?

Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда, напрямую связана с изменением потенциальной энергии этого заряда. Эта связь является фундаментальной для всех потенциальных (консервативных) полей.

Работа $A$ сил электростатического поля равна убыли потенциальной энергии заряда $W_p$ в этом поле. Математически это выражается формулой:

$A = W_{p1} - W_{p2}$

где $W_{p1}$ — потенциальная энергия заряда в начальной точке, а $W_{p2}$ — потенциальная энергия в конечной точке.

Эту же формулу можно записать через изменение потенциальной энергии $\Delta W_p = W_{p2} - W_{p1}$:

$A = -(W_{p2} - W_{p1}) = -\Delta W_p$

Эта формула означает, что если поле совершает положительную работу ($A > 0$), то потенциальная энергия заряда уменьшается ($W_{p2} < W_{p1}$), что происходит, когда заряд движется под действием сил поля. И наоборот, если поле совершает отрицательную работу ($A < 0$), то потенциальная энергия заряда увеличивается ($W_{p2} > W_{p1}$), что происходит, когда внешняя сила перемещает заряд против действия сил поля. Таким образом, работа сил поля совершается за счет изменения потенциальной энергии заряда.

Ответ: Работа силы электростатического поля $A$ по перемещению электрического заряда равна изменению его потенциальной энергии $\Delta W_p$, взятому с противоположным знаком: $A = -\Delta W_p$. Другими словами, работа поля равна разности начальной и конечной потенциальных энергий заряда: $A = W_{p1} - W_{p2}$.