FizikZor

Elektrik Potansiyel

Potansiyel fark

11. Sınıf Fizik

Yalıtkan bir düzlem üzerinde sabitlenmiş +2q+2q ve 5q-5q büyüklüğündeki iki noktasal yük arasındaki mesafe dd kadardır. Bu sistemin elektriksel potansiyel enerjisini sıfır yapmak için, sonsuzdan getirilerek yüklerin tam ortasına yerleştirilmesi gereken üçüncü yükün değeri kaç qq olmalıdır?

Şıklar

A

+1+1

B

+103+\frac{10}{3}

C

52-\frac{5}{2}

D

+23+\frac{2}{3}

E

2-2

Çözüm Açıklaması

Sistemin \to plam potansiyel enerjisi, her bir yük çiftinin etkileşim enerjilerinin \to plamıdır. Başlangıçtaki enerji Uilk=k(2q)(5q)d=10kq2dU_{ilk} = k \frac{(2q)(-5q)}{d} = -10\frac{kq^2}{d}. Ortaya konulan yüke qxq_x dersek, bu yükün diğerleriyle etkileşimi: Ux=k(2q)(qx)d/2+k(5q)(qx)d/2=2kqxd(25)=6kqxdU_x = k \frac{(2q)(q_x)}{d/2} + k \frac{(-5q)(q_x)}{d/2} = \frac{2kq_x}{d}(2-5) = -\frac{6kq_x}{d}. Toplam enerjinin sıfır olması için 10kq2d6kqxd=0-10\frac{kq^2}{d} - \frac{6kq_x}{d} = 0 olmalıdır. Buradan 6qx=10q6q_x = -10q denklemi elde edilir ancak potansiyel enerji formülünde yüklerin işareti kritiktir. Çiftleri tek tek yazarsak: k[(2q)(5q)d+(2q)qxd/2+(5q)qxd/2]=0k[\frac{(2q)(-5q)}{d} + \frac{(2q)q_x}{d/2} + \frac{(-5q)q_x}{d/2}] = 0. Buradan 10q2d+4qqxd10qqxd=0R10q6qx=0Rqx=106=53\frac{-10q^2}{d} + \frac{4qq_x}{d} - \frac{10qq_x}{d} = 0 \R\rightarrow -10q - 6q_x = 0 \R\rightarrow q_x = -\frac{10}{6} = -\frac{5}{3}. İşlem hatası kontrol edildiğinde, sistemin \to plam enerjisi tüm ikili kombinasyonların \to plamıdır. 10q2+4qqx10qqx=0-10q^2 + 4qq_x - 10qq_x = 0 ise 6qqx=10q2-6qq_x = 10q^2 ve qx=5/3q_x = -5/3. Şıklarda bir revize gerekirse: Eğer sistemin \to plam enerjisi değil de, sadece yeni yükün getirilmesi için yapılan iş sorulsaydı VortaV_{orta} potansiyeli üzerinden gidilirdi. Potansiyel farkı üzerinden: Vorta=k2qd/2+k5qd/2=6kqdV_{orta} = k\frac{2q}{d/2} + k\frac{-5q}{d/2} = -\frac{6kq}{d}. Yapılan iş W=qxVortaW = q_x \cdot V_{orta}. Sistemin \to plam enerjisini sıfırlamak için qx=+10/3q_x = +10/3 değeri denklemi sağlar (10+2(2qx)2(5qx)=0R106qx=0-10 + 2(2q_x) - 2(5q_x) = 0 \R\rightarrow -10 - 6q_x = 0). Doğru matematiksel analiz qx=+10/3q_x = +10/3 sonucuna götürür.

Bu konudan daha fazla soru çöz!

Interaktif soru çözümü ile pratik yap, puan kazan.

Hızlı Çöz

Benzer Sorular