Definisyon
Potansyèl elektrik defini kòm enèji potansyèl pou chak inite chaj elektrik . Sipoze ke nan pwen a, chaj q gen yon enèji potansyèl EP a , alò potansyèl nan pwen a formulé jan sa a:
Deskripsyon: V = potansyèl elektrik, EP = enèji potansyèl elektrik, q = chaj elektrik.
V pa egziste sèlman nan pwen a men tou nan tout pwen nan chan elektrik la . Pwen a se yon egzanp. Jan nou pral eksplike pita, valè li pa depann de chaj q la.
EP ak chaj elektrik se kantite eskalè, kidonk V se yon kantite eskalè tou. Inite sistèm entènasyonal EP a se Joule a epi inite sistèm entènasyonal chaj elektrik la se Coulomb la, kidonk inite sistèm entènasyonal V a se Joule pa Coulomb (J/C). Yon lòt non pou J/C se Volt, ki soti nan non syantis italyen an ak envanteur pil elektrik la, Alessandro Volta (1745-1827).
Diferans potansyèl elektrik
V nan yon pwen, pa egzanp V nan pwen a, sètadi V a , pa ka konnen paske sa ki gen sans se chanjman nan potansyèl la. Valè chanjman potansyèl la ka konnen swa atravè kalkil oswa mezi. V chanje lè chaj q deplase soti nan yon pwen al nan yon lòt. Sipoze chaj q deplase soti nan pwen a al nan pwen b, alò chanjman nan potansyèl la se:
V ab se diferans potansyèl ant de pwen nan yon chan elektrik, pa egzanp pwen a ak b. Diferans potansyèl ant pwen a ak b (V ab ) egal a travay fòs elektrik la fè sou chaj elektrik la lè li deplase soti nan pwen a pou rive nan pwen b, pou chak inite chaj (W ab /q). Li enpòtan pou note ke travay fòs elektrik la fè sou chaj q a lè li deplase soti nan pwen a pou rive nan pwen b (W ab ) egal a chanjman nan enèji potansyèl chaj q a (ΔEP). Se poutèt sa, nan ekwasyon ki anwo a, ΔEP ka ranplase pa W ab.
Lè yon objè nan yon sèten wotè anlè tè a, li gen enèji potansyèl gravitasyonèl, kote sifas tè a itilize kòm pwen referans. Nan ka sa a, wotè sifas tè a ak enèji potansyèl gravitasyonèl ki sou sifas tè a fikse a zewo. Menm jan ak enèji potansyèl gravitasyonèl, lè nou di yon pwen gen yon sèten potansyèl, nou dwe itilize yon lòt pwen kòm pwen referans, paske se sèlman diferans potansyèl la nou ka kalkile. Anjeneral, yo chwazi tè a oswa yon kondiktè elektrik ki konekte ak tè a kòm pwen referans, kote potansyèl sou kondiktè a oswa potansyèl nan tè a fikse a zewo. Kidonk, si yon pwen gen yon V 12 Volt, diferans potansyèl ant pwen sa a ak tè a se 12 Volt. Nan yon batri 6 Volt, diferans potansyèl ant tèminal pozitif la ak tèminal negatif la se 6 Volt. Paske inite diferans potansyèl la se Volt, diferans potansyèl ant de pwen yo anjeneral rele vòltaj elektrik.
Ekwasyon diferans potansyèl ki anwo a ka ekri ankò jan sa a:
Si chaj q pase nan yon diferans potansyèl Vab Lè sa a, enèji potansyèl la chanje pa ΔEP. Pa egzanp, si yon chaj 2 Koulomb pase nan yon diferans potansyèl 12 Vòlt, enèji potansyèl la chanje pa (2 C)(12 V) = 24 Joul. Menm jan an tou, si yon chaj 4 Koulomb pase nan yon diferans potansyèl 24 Vòlt, enèji potansyèl la chanje pa (4 C)(24 V) = 96 Joul.
Kidonk chanjman nan enèji potansyèl (ΔEP) a pwopòsyonèl ak chaj la (q) ak vòltaj elektrik la (Vab ) . Plis chaj elektrik la ak/oswa vòltaj elektrik la wo, se plis chanjman nan enèji potansyèl la wo. Enèji potansyèl la gen rapò ak kapasite pou fè travay, kidonk si chanjman nan enèji potansyèl la gwo, kapasite pou fè travay la gwo tou.
Ekwasyon diferans potansyèl ki anwo a toujou jeneral. Pou jwenn yon ekwasyon V ki pi detaye, konsidere diferans potansyèl la nan yon chan elektrik omojèn ak sa ki pwodui pa yon sèl chaj.
Chan elektrik omojèn
Diferans potansyèl ant de pwen nan yon chan elektrik omojèn, pa egzanp pwen a ak pwen b, ka kalkile lè l sèvi avèk ekwasyon ki anba a:
Deskripsyon: V ab = diferans potansyèl ant de pwen, E = chan elektrik ak s = distans ant de pwen.
Chaj sèl
Potansyèl la nan yon pwen akòz prezans yon sèl chaj ki pwodui yon chan elektrik ka kalkile lè l sèvi avèk ekwasyon sa a:
Deskripsyon: V ab = diferans potansyèl ant de pwen, k = konstan Coulomb la, Q = chaj sèl ki pwodui yon chan elektrik, r = distans ant chaj Q ak pwen kote yo kalkile potansyèl la.
Relasyon ki genyen ant chan elektrik ak potansyèl
Chan elektrik la se yon kantite vektè, alòske potansyèl la se yon kantite eskalè. Kantite vektè yo enplike direksyon, sa ki fè yo pi difisil pou kalkile pase kantite eskalè. Pou senplifye kalkil yo, yo itilize yon ekwasyon ki eksprime relasyon ki genyen ant chan elektrik la ak potansyèl la.
Ekwasyon diferans potansyèl ki te eksplike anvan an reekri jan sa a:
Matematikman, travay se pwodwi fòs ak deplasman, kote fòs se pwodwi chaj ak chan elektrik. Relasyon ki genyen ant travay, fòs ak deplasman eksprime atravè ekwasyon ki anba a:
Si nou mete de ekwasyon ki anwo yo ansanm, nou jwenn yon nouvo ekwasyon jan sa a:
Deskripsyon: E = Chan elektrik, V ab = diferans potansyèl ant de pwen, pa egzanp pwen a ak b, d = distans ant de pwen.
Inite diferans potansyèl la se Volt epi inite distans la se mèt pou nou ka eksprime chan elektrik la an inite Volt pa mèt (V/m).
Ekwasyon sa a ka itilize pou detèmine yon chan elektrik (omojèn) si diferans potansyèl ant de pwen ak distans ki genyen ant yo a konnen. Dapre ekwasyon an, chan elektrik la pwopòsyonèl ak potansyèl la epi envèsman pwopòsyonèl ak distans la. Sa vle di ke plis potansyèl la gran, plis chan elektrik la gran, epi plis distans la gran, plis chan elektrik la piti.
