Energia totală a unui sistem este conservată dacă nu există nicio adunare (sau scădere) netă datorată lucrului mecanic sau transferului de căldură. Pentru forțele conservative, cum ar fi forța electrostatică, conservarea energiei afirmă că energia mecanică este o constantă.
Energia mecanică este suma energiei cinetice și a energiei potențiale a unui sistem; adică 𝐾 + 𝑈 = constant. O pierdere de U pentru o particulă încărcată devine o creștere a lui K. Conservarea energiei este exprimată sub formă de ecuație ca
𝐾 + 𝑈 = constant
sau
𝐾i + 𝑈i = 𝐾f + 𝑈f
unde i și f reprezintă condițiile inițiale și finale. După cum am constatat de multe ori înainte, luarea în considerare a energiei ne poate oferi perspective și facilita rezolvarea problemelor.
| EXEMPLUL 7.6
Energie potențială electrică convertită în energie cinetică Calculați viteza finală a unui electron liber accelerat din repaus printr-o diferență de potențial de 100 V. (Presupunem că această valoare numerică este precisă cu trei cifre semnificative.) Strategie Avem un sistem cu doar forțe conservative. Presupunând că electronul este accelerat în vid și neglijând forța gravitațională (vom verifica această presupunere mai târziu), toată energia potențială electrică este convertită în energie cinetică. Putem identifica formele inițială și finală de energie ca fiind 𝐾i = 0, 𝐾f = ½ 𝑚𝑣2, 𝑈i = 𝑞𝑉, 𝑈f =0. Soluție Conservarea energiei afirmă că 𝐾i + 𝑈i = 𝐾f + 𝑈f. Introducând formele identificate mai sus, obținem 𝑞𝑉 = 𝑚𝑣2/2. Rezolvăm pentru v: 𝑣 = √(2𝑞𝑉/𝑚). Introducând valorile pentru q, V și m, rezultă 𝑣 = √(2(−1,60 × 10−19 C)(−100 J/C))/(9,11 × 10−31 kg) = 5,93 ×10⁶ m/s. Semnificație Rețineți că atât sarcina, cât și tensiunea inițială sunt negative, ca în Figura 7.13. Din discuția despre sarcina electrică și câmpul electric, știm că forțele electrostatice asupra particulelor mici sunt în general foarte mari în comparație cu forța gravitațională. Viteza finală mare confirmă că forța gravitațională este într-adevăr neglijabilă aici. Viteza mare indică, de asemenea, cât de ușor este să accelerezi electronii cu tensiuni mici datorită masei lor foarte mici. Tensiuni mult mai mari decât 100 V în această problemă sunt utilizate de obicei în tunurile electronice. Aceste tensiuni mai mari produc viteze ale electronilor atât de mari încât efectele relativității speciale trebuie luate în considerare și, prin urmare, sunt rezervate pentru un capitol ulterior (Relativitate). De aceea, considerăm o tensiune scăzută (cu exactitate) în acest exemplu. |
| EXERCIȚIUL 7.6
Cum s-ar schimba acest exemplu cu un pozitron? Un pozitron este identic cu un electron, cu excepția faptului că sarcina este pozitivă. |
Sursa: University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu. © 2026 MultiMedia Publishing, Fizica, Vol. 1-3
Descoperă mai multe la MultiMedia
Abonează-te ca să primești ultimele articole prin email.



Lasă un răspuns