Ulermena
Potentzial elektrikoa karga elektriko unitateko energia potentzial gisa definitzen da . Demagun a puntuan q kargak EP a energia potentziala duela , orduan a puntuko potentziala honela formulatzen da:
Deskribapena: V = potentzial elektrikoa, EP = energia potentzial elektrikoa, q = karga elektrikoa.
V ez dago a puntuan bakarrik, baita eremu elektrikoko puntu guztietan ere . a puntua erabiltzen da adibide gisa. Geroago azalduko den bezala, bere balioa ez dago q kargaren menpe.
EP eta karga elektrikoa kantitate eskalarrak dira, beraz, V ere kantitate eskalarra da. EP-ren nazioarteko sistemako unitatea Joulea da eta karga elektrikoaren nazioarteko sistemako unitatea Coulomb, beraz, V-ren nazioarteko sistemako unitatea Joule per Coulomb (J/C) da. J/C-ren beste izen bat Volt da, Alessandro Volta (1745-1827) zientzialari italiarraren eta bateria elektrikoaren asmatzailearen izenetik eratorria.
Potentzial elektrikoaren diferentzia
Puntu batean V, adibidez a puntuan dagoen V, hau da, V a , ezin da jakin, esanguratsua potentzialaren aldaketa baita. Potentzialaren aldaketaren balioa kalkuluaren edo neurketaren bidez jakin daiteke. V aldatzen da q karga puntu batetik bestera mugitzen denean. Demagun q karga a puntutik b puntura mugitzen dela, orduan potentzialaren aldaketa hau da:
V ab eremu elektriko bateko bi punturen arteko potentzial-diferentzia da, adibidez a eta b puntuak. a eta b puntuen arteko potentzial-diferentzia (V ab ) karga elektrikoaren gainean indar elektrikoak a puntutik b puntura mugitzen denean egiten duen lanaren berdina da , karga-unitateko (W ab /q). Kontuan izan behar da q kargaren gainean indar elektrikoak a puntutik b puntura mugitzen denean egiten duen lana (W ab ) q kargaren energia potentzialaren aldaketaren berdina dela (ΔEP). Beraz, goiko ekuazioan ΔEP W ab -rekin ordezkatu daiteke.
Objektu bat lurretik altuera jakin batera dagoenean, energia potentzial grabitatorioa du, non lurzoruaren gainazala erreferentzia puntu gisa erabiltzen den. Kasu honetan, lurzoruaren gainazalaren altuera eta lurzoruaren gainazalean bertan dagoen energia potentzial grabitatorioa zero dira. Energia potentzial grabitatorioaren antzera, puntu batek potentzial jakin bat duela esaten dugunean, beste puntu bat erabili behar da erreferentzia puntu gisa, potentzial diferentzia bakarrik kalkula daitekeela kontuan hartuta. Normalean, lurra edo lurrera konektatutako eroale elektriko bat aukeratzen da erreferentzia puntu gisa, non eroalearen gaineko potentziala edo lurzoruaren gaineko potentziala zero da. Beraz, puntu batek 12 Volt-eko V badu, puntu horren eta lurraren arteko potentzial diferentzia 12 Volt-ekoa da. 6 Volt-eko bateria batean, terminal positiboaren eta terminal negatiboaren arteko potentzial diferentzia 6 Volt-ekoa da. Potentzial diferentziaren unitatea Volt-a denez, bi punturen arteko potentzial diferentziari normalean tentsio elektriko deitzen zaio.
Goiko potentzial-diferentziaren ekuazioa honela berriro idatz daiteke:
q karga V potentzial-diferentzia batetik igarotzen badaab orduan energia potentziala ΔEP-z aldatzen da. Adibidez, 2 Coulomb-eko karga bat 12 Volt-eko potentzial-diferentzia batetik igarotzen bada, energia potentziala (2 C)(12 V) = 24 Joule aldatzen da. Era berean, 4 Coulomb-eko karga bat 24 Volt-eko potentzial-diferentzia batetik igarotzen bada, energia potentziala (4 C)(24 V) = 96 Joule aldatzen da.
Beraz, energia potentzialaren aldaketa (ΔEP) kargaren (q) eta tentsio elektrikoaren (Vab ) proportzionala da . Zenbat eta handiagoa izan karga elektrikoa eta/edo tentsio elektrikoa, orduan eta handiagoa izango da energia potentzialaren aldaketa. Energia potentziala lana egiteko gaitasunarekin erlazionatuta dago, beraz, energia potentzialaren aldaketa handia bada, lana egiteko gaitasuna ere handia da.
Goiko potentzial-diferentziaren ekuazioa oraindik orokorra da. V ekuazio zehatzagoa lortzeko, kontuan hartu eremu elektriko homogeneo batean dagoen potentzial-diferentzia eta karga bakar batek sortutakoa.
Eremu elektriko homogeneoa
Eremu elektriko homogeneo bateko bi punturen arteko potentzial-diferentzia, adibidez a puntua eta b puntua, beheko ekuazioa erabiliz kalkula daiteke:
Deskribapena: V ab = bi punturen arteko potentzial-diferentzia, E = eremu elektrikoa eta s = bi punturen arteko distantzia.
Karga bakarra
Eremu elektriko bat sortzen duen karga bakar baten presentziak puntu batean duen potentziala ekuazio hau erabiliz kalkula daiteke:
Deskribapena: V ab = bi punturen arteko potentzial-diferentzia, k = Coulomb-en konstantea, Q = eremu elektrikoa sortzen duen karga bakarra, r = Q kargaren eta potentziala kalkulatzen den puntuaren arteko distantzia.
Eremu elektrikoaren eta potentzialaren arteko erlazioa
Eremu elektrikoa bektore-kantitate bat da, eta potentziala, berriz, eskalar-kantitate bat. Bektore-kantitateek norabidea dute barne, eta horrek zailagoak egiten ditu kalkulatzea eskalar-kantitateek baino. Kalkuluak errazteko, eremu elektrikoaren eta potentzialaren arteko erlazioa adierazten duen ekuazio bat erabiltzen da.
Aurretik azaldutako potentzial-diferentziaren ekuazioa honela berridazten da:
Matematikoki, lana indarraren eta desplazamenduaren biderkadura da, eta indarra kargaren eta eremu elektrikoaren biderkadura. Lanaren, indarraren eta desplazamenduaren arteko erlazioa beheko ekuazioaren bidez adierazten da:
Goiko bi ekuazioak elkartzen badira, ekuazio berri bat sortzen da, honelakoa:
Deskribapena: E = Eremu elektrikoa, V ab = bi punturen arteko potentzial-diferentzia, adibidez a eta b puntuak, d = bi punturen arteko distantzia.
Potentzial-diferentziaren unitatea volta da eta distantziaren unitatea metroa, beraz, eremu elektrikoa metroko volt unitateetan (V/m) adieraz daiteke.
Ekuazio hau erabil daiteke eremu elektriko (homogeneo) bat zehazteko, baldin eta bi punturen arteko potentzial-diferentzia eta haien arteko distantzia ezagutzen badira. Ekuazioaren arabera, eremu elektrikoa potentzialarekiko proportzionala da eta alderantziz proportzionala distantziarekiko. Horrek esan nahi du zenbat eta potentzial handiagoa izan, orduan eta eremu elektriko handiagoa izango dela, eta zenbat eta distantzia handiagoa izan, orduan eta txikiagoa izango dela eremu elektrikoa.
