Pengertian
Il-potenzjal elettriku huwa definit bħala l-enerġija potenzjali għal kull unità ta' ċarġ elettriku . Ejja ngħidu li fil-punt a, iċ-ċarġ q għandu enerġija potenzjali ta' EP a , allura l-potenzjal fil-punt a huwa fformulat kif ġej:
Deskrizzjoni: V = potenzjal elettriku, EP = enerġija potenzjali elettrika, q = ċarġ elettriku.
V teżisti 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-valur tagħha ma jiddependix fuq iċ-ċarġ q.
EP u ċarġ elettriku huma kwantitajiet skalari, għalhekk V hija wkoll kwantità skalari. L-unità tas-sistema internazzjonali tal-EP hija l-Joule u l-unità tas-sistema internazzjonali taċ-ċarġ elettriku hija l-Coulomb, għalhekk l-unità tas-sistema internazzjonali ta' V hija Joule għal kull Coulomb (J/C). Isem ieħor għal J/C huwa Volt, derivat mill-isem tax-xjenzat Taljan u l-inventur tal-batterija elettrika, Alessandro Volta (1745-1827).
Differenza fil-potenzjal elettriku
V f'punt, pereżempju V fil-punt a, jiġifieri V a , ma tistax tkun magħrufa għaliex dak li hu sinifikanti hija l-bidla fil-potenzjal. Il-valur tal-bidla fil-potenzjal jista' jkun magħruf jew permezz ta' kalkolu jew kejl. V tinbidel meta ċ-ċarġ q jiċċaqlaq minn punt għall-ieħor. Ejja ngħidu li ċ-ċarġ q jiċċaqlaq minn punt a għal punt b, allura l-bidla fil-potenzjal hija:
V ab hija d-differenza potenzjali bejn żewġ punti f'kamp elettriku, pereżempju l-punti a u b. Id-differenza potenzjali bejn il-punti a u b (V ab ) hija ugwali għax-xogħol magħmul mill-forza elettrika fuq iċ-ċarġ elettriku meta 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 fuq iċ-ċarġ q meta jiċċaqlaq minn punt a għal punt b (W ab ) huwa ugwali għall-bidla fl-enerġija potenzjali 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-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 ngħidu li punt għandu ċertu potenzjal, punt ieħor irid jintuża bħala punt ta' referenza, meta wieħed iqis li d-differenza potenzjali biss tista' tiġi kkalkulata. Normalment, l-art jew konduttur elettriku konness mal-art jintgħażel bħala l-punt ta' referenza, fejn il-potenzjal fuq il-konduttur jew il-potenzjal fl-art huwa ssettjat għal żero. Għalhekk, jekk punt ikollu V ta' 12-il Volt, id-differenza potenzjali bejn dak il-punt u l-art hija ta' 12-il Volt. F'batterija ta' 6 Volt, id-differenza potenzjali bejn it-terminal pożittiv u t-terminal negattiv hija ta' 6 Volt. Minħabba li l-unità tad-differenza potenzjali hija l-Volt, id-differenza potenzjali bejn żewġ punti ġeneralment tissejjaħ vultaġġ elettriku.
L-ekwazzjoni tad-differenza potenzjali ta' hawn fuq tista' terġa' tinkiteb kif ġej:
Jekk iċ-ċarġ q jgħaddi minn differenza potenzjali Vab imbagħad l-enerġija potenzjali tinbidel b'ΔEP. Pereżempju, jekk ċarġ ta' 2 Coulombs jgħaddi minn differenza potenzjali ta' 12-il Volt, l-enerġija potenzjali tinbidel b'(2 C)(12 V) = 24 Joules. Bl-istess mod, jekk ċarġ ta' 4 Coulombs jgħaddi minn differenza potenzjali ta' 24 Volt, l-enerġija potenzjali tinbidel b'(4 C)(24 V) = 96 Joules.
Għalhekk il-bidla fl-enerġija potenzjali (ΔEP) hija proporzjonali għall-ċarġ (q) u l-vultaġġ elettriku (Vab ) . Iktar ma jkun kbir iċ-ċarġ elettriku u/jew il-vultaġġ elettriku, iktar tkun kbira l-bidla fl-enerġija potenzjali. L-enerġija potenzjali hija relatata mal-abbiltà li jsir xogħol, għalhekk jekk il-bidla fl-enerġija potenzjali hija kbira, l-abbiltà li jsir xogħol hija wkoll kbira.
L-ekwazzjoni tad-differenza potenzjali ta' hawn fuq għadha ġenerali. Biex tikseb ekwazzjoni V aktar dettaljata, ikkunsidra d-differenza potenzjali f'kamp elettriku omoġenju u dik iġġenerat minn ċarġ wieħed.
Kamp elettriku omoġenju
Id-differenza potenzjali bejn żewġ punti f'kamp elettriku omoġenju, pereżempju l-punt a u l-punt b, tista' tiġi kkalkulata bl-użu tal-ekwazzjoni t'hawn taħt:
Deskrizzjoni: V ab = differenza potenzjali bejn żewġ punti, E = kamp elettriku u s = distanza bejn żewġ punti.
Tagħbija waħda
Il-potenzjal f'punt minħabba l-preżenza ta' ċarġ wieħed li jipproduċi kamp elettriku jista' jiġi kkalkulat bl-użu tal-ekwazzjoni:
Deskrizzjoni: V ab = differenza potenzjali bejn żewġ punti, k = kostanti ta' Coulomb, Q = ċarġ wieħed li jipproduċi kamp elettriku, r = distanza bejn iċ-ċarġ Q u l-punt fejn jiġi kkalkulat il-potenzjal.
Ir-relazzjoni bejn il-kamp elettriku u l-potenzjal
Il-kamp elettriku huwa kwantità vettorjali, filwaqt li l-potenzjal huwa kwantità skalari. Il-kwantitajiet vettorjali jinvolvu direzzjoni, u dan jagħmilhom aktar diffiċli biex jiġu kkalkulati mill-kwantitajiet skalari. Biex jiġu ssimplifikati l-kalkoli, tintuża ekwazzjoni li tesprimi r-relazzjoni bejn il-kamp elettriku u l-potenzjal.
L-ekwazzjoni tad-differenza potenzjali li ġiet spjegata 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, tinħoloq ekwazzjoni ġdida kif ġej:
Deskrizzjoni: E = Kamp elettriku, V ab = differenza potenzjali bejn żewġ punti, pereżempju l-punti a u b, d = 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 espress f'unitajiet ta' Volt kull metru (V/m).
Din l-ekwazzjoni tista' tintuża biex tiddetermina kamp elettriku (omoġenju) jekk id-differenza potenzjali bejn żewġ punti u d-distanza bejniethom ikunu magħrufa. Skont l-ekwazzjoni, il-kamp elettriku huwa proporzjonali għall-potenzjal u inversament proporzjonali għad-distanza. Dan ifisser li iktar ma jkun kbir il-potenzjal, iktar ikun kbir il-kamp elettriku, u iktar ma tkun kbira d-distanza, iżgħar ikun il-kamp elettriku.
