Дефиниција
Електричниот потенцијал се дефинира како потенцијална енергија по единица електричен полнеж . На пример, кога во точката a, полнежот q има потенцијална енергија од EP a , тогаш потенцијалот во точката a се формулира на следниов начин:
Опис: V = електричен потенцијал, EP = електрична потенцијална енергија, q = електричен полнеж.
V постои не само во точката a, туку и во сите точки во електричното поле . Точката a е употребена како пример. Како што ќе биде објаснето подоцна, неговата вредност не зависи од полнежот q.
EP и електричниот полнеж се скаларни величини, па затоа V е исто така скаларна величина. Единицата на меѓународниот систем за EP е Џул, а единицата на меѓународниот систем за електричен полнеж е Кулон, па затоа единицата на меѓународниот систем за V е Џул по Кулон (J/C). Друго име за J/C е Волт, изведено од името на италијанскиот научник и пронаоѓач на електричната батерија, Алесандро Волта (1745-1827).
Електрична потенцијална разлика
V во точка, на пример V во точката a, имено V a , не може да се знае бидејќи она што е значајно е промената на потенцијалот. Вредноста на промената на потенцијалот може да се знае или преку пресметка или преку мерење. V се менува кога полнежот q се движи од една точка во друга. Да претпоставиме дека полнежот q се движи од точката a до точката b, тогаш промената на потенцијалот е:
V ab е разликата на потенцијали помеѓу две точки во електрично поле, на пример точките a и b. Разликата на потенцијали помеѓу точките a и b (V ab ) е еднаква на работата што ја врши електричната сила врз електричниот полнеж кога се движи од точка a до точка b, по единица полнеж (W ab /q). Треба да се напомене дека работата што ја врши електричната сила врз полнежот q кога се движи од точка a до точка b (W ab ) е еднаква на промената на потенцијалната енергија на полнежот q (ΔEP). Затоа, во равенката погоре, ΔEP може да се замени со W ab.
Кога некој објект е на одредена висина над земјата, тој има гравитациска потенцијална енергија, каде што површината на земјата се користи како референтна точка. Во овој случај, висината на површината на земјата и гравитациската потенцијална енергија веднаш на површината на земјата се поставени на нула. Слично на гравитациската потенцијална енергија, кога наведуваме дека една точка има одреден потенцијал, друга точка мора да се користи како референтна точка, имајќи предвид дека може да се пресмета само потенцијалната разлика. Обично, земјата или електричен проводник поврзан со земјата се избира како референтна точка, каде што потенцијалот на проводникот или потенцијалот во земјата е поставен на нула. Значи, ако точката има V од 12 волти, потенцијалната разлика помеѓу таа точка и земјата е 12 волти. Во батерија од 6 волти, потенцијалната разлика помеѓу позитивниот и негативниот терминал е 6 волти. Бидејќи единицата за потенцијална разлика се волти, потенцијалната разлика помеѓу две точки обично се нарекува електричен напон.
Горенаведената равенка за потенцијална разлика може повторно да се запише како што следува:
Ако полнежот q поминува низ потенцијална разлика Vab тогаш потенцијалната енергија се менува за ΔEP. На пример, ако полнеж од 2 Кулони помине низ потенцијална разлика од 12 Волти, потенцијалната енергија се менува за (2 C)(12 V) = 24 Џули. Слично на тоа, ако полнеж од 4 Кулони помине низ потенцијална разлика од 24 Волти, потенцијалната енергија се менува за (4 C)(24 V) = 96 Џули.
Значи, промената на потенцијалната енергија (ΔEP) е пропорционална на полнежот (q) и електричниот напон (Vab ) . Колку е поголем електричниот полнеж и/или електричниот напон, толку е поголема промената на потенцијалната енергија. Потенцијалната енергија е поврзана со способноста за извршување на работа, па ако промената на потенцијалната енергија е голема, и способноста за извршување на работа е голема.
Горенаведената равенка за потенцијална разлика е сè уште општа. За да се добие подетална равенка за V, земете ја предвид потенцијалната разлика во хомогено електрично поле и онаа генерирана од еден полнеж.
Хомогено електрично поле
Разликата на потенцијалот помеѓу две точки во хомогено електрично поле, на пример точката a и точката b, може да се пресмета со помош на равенката подолу:
Опис: V ab = потенцијална разлика помеѓу две точки, E = електрично поле и s = растојание помеѓу две точки.
Еднократно полнење
Потенцијалот во точка поради присуството на еден полнеж што произведува електрично поле може да се пресмета со помош на равенката:
Опис: V ab = разлика на потенцијал помеѓу две точки, k = Кулонова константа, Q = единечен полнеж што произведува електрично поле, r = растојание помеѓу полнежот Q и точката каде што се пресметува потенцијалот.
Врската помеѓу електричното поле и потенцијалот
Електричното поле е векторска величина, додека потенцијалот е скаларна величина. Векторските величини вклучуваат насока, што ги прави потешки за пресметување од скаларните величини. За да се поедностават пресметките, се користи равенка што ја изразува врската помеѓу електричното поле и потенцијалот.
Равенката за потенцијална разлика што беше објаснета претходно е препишана како што следува:
Математички, работата е производ на силата и поместувањето, каде што силата е производ на полнежот и електричното поле. Односот помеѓу работата, силата и поместувањето се изразува преку равенката подолу:
Ако се спојат двете горенаведени равенки, се добива нова равенка како што е прикажано подолу:
Опис: E = Електрично поле, V ab = потенцијална разлика помеѓу две точки, на пример точките a и b, d = растојание помеѓу две точки.
Единицата за потенцијална разлика е Волт, а единицата за растојание е метар, така што електричното поле може да се изрази во единици Волт на метар (V/m).
Оваа равенка може да се користи за да се одреди (хомогено) електрично поле ако се познати потенцијалната разлика помеѓу две точки и растојанието меѓу нив. Според равенката, електричното поле е пропорционално на потенцијалот и обратно пропорционално на растојанието. Ова значи дека колку е поголем потенцијалот, толку е поголемо електричното поле, а колку е поголемо растојанието, толку е помало електричното поле.
