Capisce
U putenziale elettricu hè definitu cum'è l'energia putenziale per unità di carica elettrica . Supponemu chì à u puntu a, a carica q hà una energia putenziale di EP a , tandu u putenziale à u puntu a hè furmulatu cusì:
Descrizzione: V = putenziale elettricu, EP = energia putenziale elettrica, q = carica elettrica.
V esiste micca solu à u puntu a ma ancu in tutti i punti di u campu elettricu . U puntu a hè adupratu cum'è esempiu. Cum'è serà spiegatu dopu, u so valore ùn dipende micca da a carica q.
EP è a carica elettrica sò quantità scalari, dunque V hè ancu una quantità scalare. L'unità di u sistema internaziunale di EP hè u Joule è l'unità di u sistema internaziunale di carica elettrica hè u Coulomb, dunque l'unità di u sistema internaziunale di V hè Joule per Coulomb (J/C). Un altru nome per J/C hè Volt, derivatu da u nome di u scientistu talianu è inventore di a batteria elettrica, Alessandro Volta (1745-1827).
Differenza di putenziale elettricu
V in un puntu, per esempiu V in u puntu a, vale à dì V a , ùn pò esse cunnisciutu perchè ciò chì hè significativu hè u cambiamentu di putenziale. U valore di u cambiamentu di putenziale pò esse cunnisciutu sia per calculu sia per misurazione. V cambia quandu a carica q si move da un puntu à l'altru. Supponemu chì a carica q si move da u puntu a à u puntu b, tandu u cambiamentu di putenziale hè:
V ab hè a differenza di putenziale trà dui punti in un campu elettricu, per esempiu i punti a è b. A differenza di putenziale trà i punti a è b (V ab ) hè uguale à u travagliu fattu da a forza elettrica nantu à a carica elettrica quandu si move da u puntu a à u puntu b, per unità di carica (W ab /q). Ci vole à nutà chì u travagliu fattu da a forza elettrica nantu à a carica q quandu si move da u puntu a à u puntu b (W ab ) hè uguale à u cambiamentu di l'energia putenziale di a carica q (ΔEP). Dunque, in l'equazione sopra, ΔEP pò esse rimpiazzatu da W ab.
Quandu un ughjettu hè à una certa altezza sopra à a terra, hà una energia putenziale gravitaziunale, induve a superficia di a terra hè aduprata cum'è puntu di riferimentu. In questu casu, l'altezza di a superficia di a terra è l'energia putenziale gravitaziunale ghjustu à a superficia di a terra sò impostate à zeru. Simile à l'energia putenziale gravitaziunale, quandu dichjaremu chì un puntu hà un certu putenziale, un altru puntu deve esse adupratu cum'è puntu di riferimentu, cunsiderendu chì solu a differenza di putenziale pò esse calculata. Di solitu, a terra o un cunduttore elettricu cunnessu à a terra hè sceltu cum'è puntu di riferimentu, induve u putenziale nantu à u cunduttore o u putenziale in a terra hè impostu à zeru. Cusì, se un puntu hà una V di 12 Volt, a differenza di putenziale trà quellu puntu è a terra hè di 12 Volt. In una batteria di 6 Volt, a differenza di putenziale trà u terminale pusitivu è u terminale negativu hè di 6 Volt. Siccomu l'unità di differenza di putenziale hè Volt, a differenza di putenziale trà dui punti hè generalmente chjamata tensione elettrica.
L'equazione di differenza di putenziale sopra pò esse scritta di novu cum'è quì sottu:
Sè a carica q passa per una differenza di putenziale Vab tandu l'energia putenziale cambia di ΔEP. Per esempiu, se una carica di 2 Coulomb passa per una differenza di putenziale di 12 Volt, l'energia putenziale cambia di (2 C)(12 V) = 24 Joules. In listessu modu, se una carica di 4 Coulomb passa per una differenza di putenziale di 24 Volt, l'energia putenziale cambia di (4 C)(24 V) = 96 Joules.
Cusì u cambiamentu di l'energia putenziale (ΔEP) hè proporzionale à a carica (q) è à a tensione elettrica (Vab ) . Più grande hè a carica elettrica è/o a tensione elettrica, più grande hè u cambiamentu di l'energia putenziale. L'energia putenziale hè ligata à a capacità di fà un travagliu, dunque se u cambiamentu di l'energia putenziale hè grande, a capacità di fà un travagliu hè ancu grande.
L'equazione di differenza di putenziale sopra hè sempre generale. Per ottene un'equazione V più dettagliata, cunsiderate a differenza di putenziale in un campu elettricu omogeneu è quellu generatu da una sola carica.
Campu elettricu omogeneu
A differenza di putenziale trà dui punti in un campu elettricu omogeneu, per esempiu u puntu a è u puntu b, pò esse calculata cù l'equazione quì sottu:
Descrizzione: V ab = differenza di putenziale trà dui punti, E = campu elettricu è s = distanza trà dui punti.
Caricamentu unicu
U putenziale in un puntu per via di a presenza di una sola carica chì produce un campu elettricu pò esse calculatu cù l'equazione:
Descrizzione: V ab = differenza di putenziale trà dui punti, k = custante di Coulomb, Q = carica unica chì produce un campu elettricu, r = distanza trà a carica Q è u puntu induve u putenziale hè calculatu.
A relazione trà u campu elettricu è u putenziale
U campu elettricu hè una quantità vettoriale, mentre chì u putenziale hè una quantità scalare. E quantità vettoriali implicanu a direzzione, ciò chì li rende più difficiuli da calculà chè e quantità scalari. Per simplificà i calculi, si usa un'equazione chì esprime a relazione trà u campu elettricu è u putenziale.
L'equazione di differenza di putenziale chì hè stata spiegata prima hè riscritta cum'è quì sottu:
Matematicamente, u travagliu hè u pruduttu di a forza è di u spustamentu, induve a forza hè u pruduttu di a carica è di u campu elettricu. A relazione trà u travagliu, a forza è u spustamentu hè espressa per mezu di l'equazione quì sottu:
Sè e duie equazioni sopra sò messe inseme, una nova equazione hè prodotta cum'è quì sottu:
Descrizzione: E = Campu elettricu, V ab = differenza di putenziale trà dui punti, per esempiu i punti a è b, d = distanza trà dui punti.
L'unità di differenza di putenziale hè u Volt è l'unità di distanza hè u metru, affinchì u campu elettricu possi esse espressu in unità di Volt per metru (V/m).
Questa equazione pò esse aduprata per determinà un campu elettricu (omogeneu) se a differenza di putenziale trà dui punti è a distanza trà elli sò cunnisciute. Sicondu l'equazione, u campu elettricu hè proporzionale à u putenziale è inversamente proporzionale à a distanza. Questu significa chì più grande hè u putenziale, più grande hè u campu elettricu, è più grande hè a distanza, più chjucu hè u campu elettricu.
