Definizzjoni tal-potenzjal elettriku
Il-potenzjal elettriku huwa definit bħala l- enerġija potenzjali elettrika għal kull unità ta' ċarġ. Ejja ngħidu li meta jkun fil-punt a, iċ-ċarġ q għandu l-enerġija potenzjali elettrika ugwali għal EP a , allura l-potenzjal elettriku fil-punt a huwa fformulat kif ġej:
V = potenzjal elettriku, EP = enerġija potenzjali elettrika, q = ċarġ elettriku
V mhux biss fil-punt a iżda wkoll fil-punti kollha fil- kamp elettriku. Il-punt a jintuża bħala eżempju. Kif se jiġi spjegat aktar tard, il-V ma tiddependix fuq iċ-ċarġ q.
L-EP u l-ċarġ elettriku huma kwantitajiet skalari sabiex il-V tinkludi wkoll kwantitajiet skalari. L-unità tas-sistema internazzjonali tal-EP hija Joule u l-unità tas-sistema internazzjonali taċ-ċarġ elettriku hija Coulomb sabiex l-unità tas-sistema internazzjonali ta' V hija Joule għal kull Coulomb (J/C). Isem ieħor għal J/C huwa l-Volt, derivat mill-isem tax-xjenzat Taljan u l-inventur tal-batterija elettrika, Alessandro Volta (1745-1827).
Differenza tal-potenzjal elettriku
Il-V f'punt bħal V fil-punt a, jiġifieri, V a , ma tistax tkun magħrufa għaliex l-aktar importanti hija l-bidla fil-potenzjal elettriku. Il-bidliet fil-potenzjal elettriku jistgħu jkunu magħrufa mill-valur tiegħu, jew permezz ta' kalkoli jew kejl. Il-V tinbidel meta ċ-ċarġ q jiċċaqlaq minn punt għall-ieħor. Jekk nassumu li ċ-ċarġ q jiċċaqlaq minn punt a għal punt b allura l-bidla fil-V hija:
Vab hija differenza f'V bejn żewġ punti f'kamp elettriku, pereżempju, il-punti a u b. Id-differenza f'V bejn il-punti a u b (V ab ) hija l-istess bħax-xogħol magħmul mill-forza elettrika fiċ-ċarġ elettriku meta wieħed jiċċaqlaq minn punt a għal punt b, għal kull unità ta' ċarġ (W ab / q). Ta' min jinnota li x-xogħol magħmul mill-forza elettrika taċ-ċarġ q meta wieħed jiċċaqlaq minn punt a għal punt b (W ab ) huwa ugwali għall-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ q (ΔEP). Għalhekk, fl-ekwazzjoni ta' hawn fuq, ΔEP jista' jiġi sostitwit b'W ab.
Meta oġġett ikun f'ċertu għoli 'l fuq mill-wiċċ tal-art, ikollu enerġija potenzjali gravitazzjonali, fejn il-wiċċ tal-art jintuża bħala punt ta' referenza. F'dan il-każ, l-għoli tal-wiċċ tal-art u l-enerġija potenzjali gravitazzjonali eżatt fuq il-wiċċ tal-art huma ssettjati għal żero. Simili għall-enerġija potenzjali gravitazzjonali, meta niddikjaraw li punt għandu ċertu potenzjal elettriku, irid ikun punt ieħor użat bħala punt ta' referenza, meta nikkunsidraw biss id-differenza fil-potenzjal elettriku li tista' tiġi kkalkulata. Normalment, l-art jew il-kondutturi elettriċi konnessi mal-art jintgħażlu bħala punti ta' referenza, fejn il-potenzjal elettriku tal-konduttur jew il-potenzjal elettriku fl-art huwa ssettjat għal żero. Għalhekk, jekk punt ikollu potenzjal elettriku ta' 12-il Volt, id-differenza fil-potenzjal elettriku bejn dak il-punt u l-art hija ta' 12-il Volt. F'batterija ta' 6 Volt, id-differenza fil-potenzjal elettriku bejn it-terminal pożittiv u t-terminal negattiv hija ta' 6 Volt. Minħabba li l-unità tad-differenza fil-potenzjal elettriku hija l-Volt, id-differenza fil-potenzjal elettriku bejn żewġ punti ġeneralment tissejjaħ vultaġġ.
L-ekwazzjoni tad-differenza fil-potenzjal elettriku ta' hawn fuq tista' terġa' tinkiteb kif ġej:
Jekk iċ-ċarġ q jgħaddi mid-differenza fil-potenzjal elettriku V ab , l-enerġija potenzjali tinbidel b'ΔEP. Pereżempju, iċ-ċarġ ta' 2 Coulombs jgħaddi mid-differenza fil-potenzjal elettriku ta' 12 Volts, l-enerġija potenzjali elettrika tinbidel b'(2 C)(12 V) = 24 Joules. Bl-istess mod, jekk iċ-ċarġ ta' 4 Coulombs jgħaddi minn differenza fil-potenzjal elettriku ta' 24 Volts, l-enerġija potenzjali elettrika tinbidel b'(4 C) (24 V) = 96 Joules.
Għalhekk, il-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika (ΔEP) hija proporzjonali għall-ċarġ (q) u l-vultaġġ (V ab ). Iktar ma jkunu għoljin iċ-ċarġ u l-vultaġġ elettriku, iktar tkun għolja l-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika. L-enerġija potenzjali hija relatata mal-abbiltà li jsir xogħol, għalhekk jekk il-bidliet fl-enerġija potenzjali elettrika huma sinifikanti, allura l-abbiltà li jsir xogħol hija wkoll sinifikanti.
L-ekwazzjoni tad-differenza V t'hawn fuq għadha ġenerali. Biex tikseb ekwazzjoni V aktar dettaljata, irrevedi d-differenza fil-potenzjal elettriku fil-kamp elettriku omoġenju u d-differenza fil-potenzjal elettriku prodotta minn ċarġ wieħed.
Il-potenzjal elettriku fil-kamp elettriku omoġenju
Id-differenza fil-V bejn żewġ punti f'kamp elettriku omoġenju, pereżempju, punt a u punt b, tista' tiġi kkalkulata bl-użu tal-ekwazzjoni t'hawn taħt:
V ab = id-differenza V bejn żewġ punti, E = kamp elettriku, u d = distanza bejn żewġ punti.
V prodotta mill-ċarġ wieħed
Il-V f'punt minħabba ċarġ wieħed li jiġġenera l-kamp elettriku jista' jiġi kkalkulat bl-użu tal-ekwazzjoni:
V ab = id-differenza V bejn żewġ punti, k = il-kostanti ta' Coulomb, Q = ċarġ wieħed li jipproduċi l-kamp elettriku, r = id-distanza bejn iċ-ċarġ Q u l-punt fejn jiġi kkalkulat il-V.
Ir-relazzjoni bejn il-kamp elettriku (E) u l-potenzjal elettriku (V)
Il-kamp elettriku E hija kwantità vettorjali, filwaqt li l-V hija kwantità skalari. Il-kwantità vettorjali tinvolvi d-direzzjoni u għalhekk huwa aktar diffiċli li tiġi kkalkulata meta mqabbla mal-kalkolu tal-kwantitajiet skalari. Biex jiġi ffaċilitat il-kalkolu tal-kamp elettriku, tintuża ekwazzjoni li tiddikjara r-relazzjoni bejn il-kamp elettriku u l-V.
L-ekwazzjoni tad-differenza potenzjali deskritta qabel hija miktuba mill-ġdid kif ġej:
Matematikament, ix-xogħol huwa l-prodott tal-forza u l-ispostament, fejn il-forza hija l-prodott taċ-ċarġ u l-kamp elettriku. Ir-relazzjoni bejn ix-xogħol, il-forza, u l-ispostament hija espressa permezz tal-ekwazzjoni t'hawn taħt:
Jekk iż-żewġ ekwazzjonijiet ta' hawn fuq jitpoġġew flimkien, allura l-ekwazzjoni l-ġdida tiġi ġġenerata kif ġej:
E = kamp elettriku, V ab = id-differenza fil-potenzjal elettriku bejn żewġ punti bħal punti a u b, d = id-distanza bejn żewġ punti.
L-unità tad-differenza potenzjali hija l-Volt, u l-unità tad-distanza hija l-metru sabiex il-kamp elettriku jkun jista' jiġi ddikjarat f'unitajiet ta' Volts kull metru (V/m).
Din l-ekwazzjoni tista' tintuża biex tiddetermina l-kamp elettriku (omoġenju) magħruf bħala d-differenza potenzjali bejn żewġ punti u d-distanza bejn iż-żewġ punti. Abbażi tal-ekwazzjoni, il-kamp elettriku huwa proporzjonali għall-V u inversament proporzjonali għad-distanza. Dan ifisser li iktar ma jkun għoli l-V, iktar ikun għoli l-kamp elettriku u iktar ma tkun għolja d-distanza, iżgħar ikun il-kamp elettriku.
