Elektrik potensialının tərifi
Elektrik potensialı vahid yükə düşən elektrik potensial enerjisi kimi müəyyən edilir . Tutaq ki, a nöqtəsində olduqda, q yükünün elektrik potensial enerjisi EP a- ya bərabərdir , onda a nöqtəsindəki elektrik potensialı aşağıdakı kimi formullaşdırılır:
V = elektrik potensialı, EP = elektrik potensial enerjisi, q = elektrik yükü
V yalnız a nöqtəsində deyil, həm də elektrik sahəsindəki bütün nöqtələrdədir. Nümunə olaraq a nöqtəsi istifadə olunur. Daha sonra izah ediləcəyi kimi, V q yükündən asılı deyil.
EP və elektrik yükü skalyar kəmiyyətlərdir, buna görə də V skalyar kəmiyyətləri də əhatə edir. EP-nin beynəlxalq sistem vahidi Coul, elektrik yükünün beynəlxalq sistem vahidi isə Kulondur, buna görə də V-nin beynəlxalq sistem vahidi Coul hər Kulondur (J/C). J/C-nin digər adı Voltdur və italyan alimi və elektrik batareyasının ixtiraçısı Alessandro Voltanın (1745-1827) adından götürülmüşdür.
Elektrik potensial fərqi
a nöqtəsindəki V kimi bir nöqtədəki V, yəni V a , bilinə bilməz, çünki ən vacibi elektrik potensialındakı dəyişiklikdir. Elektrik potensialındakı dəyişikliklər onun dəyəri ilə ya hesablamalar, ya da ölçmələr vasitəsilə bilinə bilər. q yükü bir nöqtədən digərinə keçdikdə V dəyişir. Tutaq ki, q yükü a nöqtəsindən b nöqtəsinə keçdikdə V-dəki dəyişiklik belədir:
Vab, elektrik sahəsindəki iki nöqtə, məsələn, a və b nöqtələri arasındakı V fərqidir. a və b nöqtələri arasındakı V fərqi (Vab ) , a nöqtəsindən b nöqtəsinə hərəkət edərkən elektrik yükündəki elektrik qüvvəsinin vahid yükə (W ab / q) görə gördüyü işlə eynidir. Qeyd etmək lazımdır ki, a nöqtəsindən b nöqtəsinə ( Wab ) hərəkət edərkən q yükünün elektrik qüvvəsinin gördüyü iş q yükünün elektrik potensial enerjisindəki dəyişikliyə (ΔEP) bərabərdir. Buna görə də, yuxarıdakı tənlikdə ΔEP W ab ilə əvəz edilə bilər.
Bir cisim yer səthindən müəyyən bir hündürlükdə olduqda, cazibə potensial enerjisinə malikdir və burada yer səthi istinad nöqtəsi kimi istifadə olunur. Bu halda, yer səthinin hündürlüyü və yer səthindəki cazibə potensial enerjisi sıfıra bərabərdir. Cazibə potensial enerjisinə bənzər şəkildə, müəyyən bir elektrik potensialına malik bir nöqtəni ifadə etdikdə, yalnız hesablana bilən elektrik potensialındakı fərq nəzərə alınmaqla, istinad nöqtəsi kimi istifadə edilən başqa bir nöqtə olmalıdır. Adətən, yerə qoşulmuş torpaq və ya elektrik keçiriciləri istinad nöqtələri kimi seçilir və burada keçiricinin elektrik potensialı və ya yerdəki elektrik potensialı sıfıra bərabərdir. Beləliklə, bir nöqtənin elektrik potensialı 12 Voltdursa, həmin nöqtə ilə yer arasındakı elektrik potensialı fərqi 12 Voltdur. 6 Voltluq batareyada müsbət terminal və mənfi terminal arasındakı elektrik potensialı fərqi 6 Voltdur. Elektrik potensialı fərqinin vahidi Volt olduğundan, iki nöqtə arasındakı elektrik potensialı fərqi adətən gərginlik adlanır.
Yuxarıdakı elektrik potensial fərqi tənliyi yenidən aşağıdakı kimi yazıla bilər:
Əgər q yükü elektrik potensialları fərqi V ab- dən keçərsə , potensial enerji ΔEP qədər dəyişir. Məsələn, 2 Kulon yükü 12 Volt elektrik potensialları fərqindən keçərsə, elektrik potensial enerjisi (2 K)(12 V) = 24 Coul qədər dəyişir. Eynilə, əgər 4 Kulon yükü 24 Volt elektrik potensialları fərqindən keçərsə, elektrik potensial enerjisi (4 K) (24 V) = 96 Coul qədər dəyişir.
Beləliklə, elektrik potensial enerjisindəki dəyişiklik (ΔEP) yük (q) və gərginliklə ( Vab ) mütənasibdir . Elektrik yükü və gərginliyi nə qədər yüksəkdirsə, elektrik potensial enerjisindəki dəyişiklik bir o qədər yüksəkdir. Potensial enerji iş görmək qabiliyyəti ilə əlaqədardır, buna görə də elektrik potensial enerjisindəki dəyişikliklər əhəmiyyətlidirsə, iş görmək qabiliyyəti də əhəmiyyətlidir.
Yuxarıdakı V fərqinin tənliyi hələ də ümumidir. Daha ətraflı V tənliyi əldə etmək üçün homogen elektrik sahəsindəki elektrik potensialları fərqini və tək bir yükün yaratdığı elektrik potensialları fərqini nəzərdən keçirin.
Homojen elektrik sahəsində elektrik potensialı
Homojen elektrik sahəsindəki iki nöqtə, məsələn, a və b nöqtələri arasındakı V fərqi aşağıdakı tənlikdən istifadə etməklə hesablana bilər:
V ab = iki nöqtə arasındakı V fərqi, E = elektrik sahəsi və d = iki nöqtə arasındakı məsafə.
tək yüklə istehsal olunan V
Elektrik sahəsini yaradan tək bir yükün yaratdığı nöqtədəki V aşağıdakı tənliklə hesablana bilər:
V ab = iki nöqtə arasındakı V fərqi, k = Kulon sabiti, Q = elektrik sahəsini yaradan tək yük, r = Q yükü ilə V-nin hesablandığı nöqtə arasındakı məsafə.
Elektrik sahəsi (E) ilə elektrik potensialı (V) arasındakı əlaqə
Elektrik sahəsi E vektor kəmiyyəti, V isə skalyar kəmiyyətdir. Vektor kəmiyyəti istiqaməti əhatə edir, ona görə də skalyar kəmiyyətlərin hesablanması ilə müqayisədə hesablamaq daha çətindir. Elektrik sahəsinin hesablanmasını asanlaşdırmaq üçün elektrik sahəsi ilə V arasındakı əlaqəni ifadə edən bir tənlikdən istifadə edin.
Daha əvvəl təsvir edilən potensial fərq tənliyi aşağıdakı kimi yenidən yazılır:
Riyazi olaraq, iş qüvvə və yerdəyişmənin hasilidir, burada qüvvə yük və elektrik sahəsinin hasilidir. İş, qüvvə və yerdəyişmə arasındakı əlaqə aşağıdakı tənliklə ifadə olunur:
Yuxarıdakı iki tənlik birləşdirilərsə, yeni tənlik aşağıdakı kimi yaranır:
E = elektrik sahəsi, V ab = a və b kimi iki nöqtə arasındakı elektrik potensialları fərqi, d = iki nöqtə arasındakı məsafə.
Potensial fərq vahidi Volt, məsafə vahidi isə metrdir, buna görə də elektrik sahəsi metr başına Volt vahidləri (V/m) ilə ifadə edilə bilər.
Bu tənlik iki nöqtə arasındakı potensiallar fərqi və iki nöqtə arasındakı məsafə kimi tanınan elektrik (homogen) sahəsini təyin etmək üçün istifadə edilə bilər. Tənliyə əsasən, elektrik sahəsi V ilə mütənasib və məsafə ilə tərs mütənasibdir. Bu o deməkdir ki, V nə qədər yüksəkdirsə, elektrik sahəsi bir o qədər yüksəkdir və məsafə nə qədər yüksəkdirsə, elektrik sahəsi bir o qədər kiçikdir.
