Anlama
Elektrik potensialı elektrik yükünün vahidinə düşən potensial enerji kimi müəyyən edilir . Məsələn, a nöqtəsində q yükünün potensial enerjisi EP a olduqda , a nöqtəsindəki potensial aşağıdakı kimi formullaşdırılır:
Təsvir: V = elektrik potensialı, EP = elektrik potensial enerjisi, q = elektrik yükü.
V yalnız a nöqtəsində deyil, həm də elektrik sahəsindəki bütün nöqtələrdə mövcuddur . Nümunə olaraq a nöqtəsi istifadə olunur. Daha sonra izah ediləcəyi kimi, onun dəyəri q yükündən asılı deyil.
EP və elektrik yükü skalyar kəmiyyətlərdir, buna görə də V da skalyar kəmiyyətdir. 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
Məsələn, a nöqtəsindəki V, yəni V a nöqtəsindəki V məlum ola bilməz, çünki mənalı olan potensialın dəyişməsidir. Potensial dəyişikliyinin dəyəri ya hesablama, ya da ölçmə yolu ilə bilinə bilər. q yükü bir nöqtədən digərinə keçdikdə V dəyişir. Tutaq ki, q yükü a nöqtəsindən b nöqtəsinə keçərsə, potensialın dəyişməsi belə olar:
V ab, elektrik sahəsindəki iki nöqtə, məsələn, a və b nöqtələri arasındakı potensiallar fərqidir. a və b nöqtələri arasındakı potensiallar fərqi (V ab ) , elektrik yükü a nöqtəsindən b nöqtəsinə hərəkət etdikdə, vahid yükə (W ab /q) görə elektrik qüvvəsinin üzərinə gördüyü işə bərabərdir . Qeyd etmək lazımdır ki, q yükü a nöqtəsindən b nöqtəsinə (W ab ) hərəkət etdikdə üzərinə gördüyü elektrik qüvvəsinin işi q yükünün potensial enerjisinin dəyişməsinə (ΔEP) bərabərdir. Buna görə də, yuxarıdakı tənlikdə ΔEP W ab ilə əvəz edilə bilər.
Bir cisim yerdən 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, bir nöqtənin müəyyən bir potensiala malik olduğunu bildirdikdə, yalnız potensial fərqinin hesablana biləcəyini nəzərə alsaq, istinad nöqtəsi kimi başqa bir nöqtədən istifadə edilməlidir. Adətən, istinad nöqtəsi kimi torpaq və ya yerə qoşulmuş elektrik keçiricisi seçilir və burada keçiricidəki potensial və ya yerdəki potensial sıfıra bərabərdir. Beləliklə, bir nöqtənin 12 Volt V gərginliyi varsa, həmin nöqtə ilə yer arasındakı potensial fərqi 12 Voltdur. 6 Voltluq batareyada müsbət terminal və mənfi terminal arasındakı potensial fərqi 6 Voltdur. Potensial fərqinin vahidi Volt olduğundan, iki nöqtə arasındakı potensial fərqi adətən elektrik gərginliyi adlanır.
Yuxarıdakı potensial fərq tənliyi yenidən aşağıdakı kimi yazıla bilər:
Əgər q yükü potensial fərqi V-dən keçirsəab onda potensial enerji ΔEP qədər dəyişir. Məsələn, əgər 2 Kulon yükü 12 Volt potensial fərqindən keçərsə, potensial enerji (2 K)(12 V) = 24 Coul qədər dəyişir. Eynilə, əgər 4 Kulon yükü 24 Volt potensial fərqindən keçərsə, potensial enerji (4 K)(24 V) = 96 Coul qədər dəyişir.
Beləliklə, potensial enerjidəki dəyişiklik (ΔEP) yük (q) və elektrik gərginliyi (Vab ) ilə mütənasibdir . Elektrik yükü və/və ya elektrik gərginliyi nə qədər böyükdürsə, potensial enerjidəki dəyişiklik də bir o qədər böyükdür. Potensial enerji iş görmək qabiliyyəti ilə əlaqədardır, buna görə də potensial enerjidəki dəyişiklik böyükdürsə, iş görmək qabiliyyəti də böyükdür.
Yuxarıdakı potensiallar fərqi tənliyi hələ də ümumidir. Daha ətraflı V tənliyini əldə etmək üçün homojen elektrik sahəsindəki və tək bir yükün yaratdığı potensiallar fərqini nəzərdən keçirin.
Homojen elektrik sahəsi
Homojen elektrik sahəsindəki iki nöqtə, məsələn, a və b nöqtələri arasındakı potensiallar fərqi aşağıdakı tənlikdən istifadə etməklə hesablana bilər:
Təsvir: V ab = iki nöqtə arasındakı potensiallar fərqi, E = elektrik sahəsi və s = iki nöqtə arasındakı məsafə.
Tək yük
Elektrik sahəsi yaradan tək bir yükün mövcudluğundan qaynaqlanan bir nöqtədəki potensial aşağıdakı tənlikdən istifadə etməklə hesablana bilər:
Təsvir: V ab = iki nöqtə arasındakı potensiallar fərqi, k = Kulon sabiti, Q = elektrik sahəsi yaradan tək yük, r = Q yükü ilə potensialın hesablandığı nöqtə arasındakı məsafə.
Elektrik sahəsi ilə potensial arasındakı əlaqə
Elektrik sahəsi vektor kəmiyyətidir, potensial isə skalyar kəmiyyətdir. Vektor kəmiyyətləri istiqaməti əhatə edir və bu da onları skalyar kəmiyyətlərdən daha çox hesablamağı çətinləşdirir. Hesablamaları sadələşdirmək üçün elektrik sahəsi ilə potensial arasındakı əlaqəni ifadə edən bir tənlik istifadə olunur.
Əvvəllər izah 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 birləşdirildikdə, aşağıdakı kimi yeni bir tənlik yaranır:
Təsvir: E = Elektrik sahəsi, V ab = iki nöqtə arasındakı potensiallar fərqi, məsələn, a və b nöqtələri, d = iki nöqtə arasındakı məsafə.
Potensial fərq vahidi Volt, məsafə vahidi isə metrdir, beləliklə elektrik sahəsi metr başına Volt vahidləri (V/m) ilə ifadə edilə bilər.
Bu tənlik, iki nöqtə arasındakı potensiallar fərqi və aralarındakı məsafə məlum olduqda (homogen) elektrik sahəsini təyin etmək üçün istifadə edilə bilər. Tənliyə görə, elektrik sahəsi potensiala mütənasib və məsafəyə tərs mütənasibdir. Bu o deməkdir ki, potensial nə qədər böyükdürsə, elektrik sahəsi bir o qədər böyükdür və məsafə nə qədər böyükdürsə, elektrik sahəsi də bir o qədər kiçikdir.
