Kuptimi
Potenciali elektrik përkufizohet si energjia potenciale për njësi të ngarkesës elektrike . Për shembull, kur në pikën a, ngarkesa q ka një energji potenciale EP a , atëherë potenciali në pikën a formulohet si më poshtë:
Përshkrim: V = potencial elektrik, EP = energji potenciale elektrike, q = ngarkesë elektrike.
V ekziston jo vetëm në pikën a, por edhe në të gjitha pikat e fushës elektrike . Pika a përdoret si shembull. Siç do të shpjegohet më vonë, vlera e saj nuk varet nga ngarkesa q.
EP dhe ngarkesa elektrike janë madhësi skalare, kështu që V është gjithashtu një madhësi skalare. Njësia ndërkombëtare e sistemit EP është Xhauli dhe njësia ndërkombëtare e sistemit të ngarkesës elektrike është Kulombi, kështu që njësia ndërkombëtare e sistemit V është Xhauli për Kulomb (J/C). Një emër tjetër për J/C është Volti, i cili rrjedh nga emri i shkencëtarit dhe shpikësit italian të baterisë elektrike, Alessandro Volta (1745-1827).
Diferenca e potencialit elektrik
V në një pikë, për shembull V në pikën a, përkatësisht V a , nuk mund të dihet sepse ajo që ka kuptim është ndryshimi në potencial. Vlera e ndryshimit të potencialit mund të dihet ose nëpërmjet llogaritjes ose matjes. V ndryshon kur ngarkesa q lëviz nga një pikë në tjetrën. Supozojmë se ngarkesa q lëviz nga pika a në pikën b, atëherë ndryshimi në potencial është:
Vab është diferenca e potencialit midis dy pikave në një fushë elektrike, për shembull pikat a dhe b. Diferenca e potencialit midis pikave a dhe b (Vab ) është e barabartë me punën e bërë nga forca elektrike mbi ngarkesën elektrike kur ajo lëviz nga pika a në pikën b, për njësi ngarkese (Wab / q). Duhet theksuar se puna e bërë nga forca elektrike mbi ngarkesën q kur ajo lëviz nga pika a në pikën b (Wab ) është e barabartë me ndryshimin në energjinë potenciale të ngarkesës q (ΔEP). Prandaj, në ekuacionin e mësipërm ΔEP mund të zëvendësohet me Wab.
Kur një objekt është në një lartësi të caktuar mbi tokë, ai ka energji potenciale gravitacionale, ku sipërfaqja e tokës përdoret si pikë referimi. Në këtë rast, lartësia e sipërfaqes së tokës dhe energjia potenciale gravitacionale pikërisht në sipërfaqen e tokës vendosen në zero. Ngjashëm me energjinë potenciale gravitacionale, kur deklarojmë se një pikë ka një potencial të caktuar, një pikë tjetër duhet të përdoret si pikë referimi, duke marrë parasysh se vetëm diferenca e potencialit mund të llogaritet. Zakonisht, toka ose një përçues elektrik i lidhur me tokën zgjidhet si pikë referimi, ku potenciali në përçues ose potenciali në tokë vendoset në zero. Pra, nëse një pikë ka një V prej 12 voltësh, diferenca e potencialit midis asaj pike dhe tokës është 12 voltë. Në një bateri 6 voltësh, diferenca e potencialit midis terminalit pozitiv dhe terminalit negativ është 6 volt. Meqenëse njësia e diferencës së potencialit është volt, diferenca e potencialit midis dy pikave zakonisht quhet tension elektrik.
Ekuacioni i diferencës së potencialit më sipër mund të shkruhet përsëri si më poshtë:
Nëse ngarkesa q kalon nëpër një diferencë potencialesh Vab atëherë energjia potenciale ndryshon me ΔEP. Për shembull, nëse një ngarkesë prej 2 Kulombësh kalon nëpër një diferencë potenciali prej 12 Volt, energjia potenciale ndryshon me (2 C)(12 V) = 24 Xhulë. Po kështu, nëse një ngarkesë prej 4 Kulombësh kalon nëpër një diferencë potenciali prej 24 Volt, energjia potenciale ndryshon me (4 C)(24 V) = 96 Xhulë.
Pra, ndryshimi në energjinë potenciale (ΔEP) është proporcional me ngarkesën (q) dhe tensionin elektrik (Vab ) . Sa më e madhe të jetë ngarkesa elektrike dhe/ose tensioni elektrik, aq më i madh është ndryshimi në energjinë potenciale. Energjia potenciale lidhet me aftësinë për të kryer punë, kështu që nëse ndryshimi në energjinë potenciale është i madh, edhe aftësia për të kryer punë është e madhe.
Ekuacioni i diferencës së potencialit më sipër është ende i përgjithshëm. Për të marrë një ekuacion V më të detajuar, merrni parasysh diferencën e potencialit në një fushë elektrike homogjene dhe atë të gjeneruar nga një ngarkesë e vetme.
Fushë elektrike homogjene
Diferenca e potencialit midis dy pikave në një fushë elektrike homogjene, për shembull pika a dhe pika b, mund të llogaritet duke përdorur ekuacionin më poshtë:
Përshkrim: V ab = diferenca e potencialit midis dy pikave, E = fusha elektrike dhe s = distanca midis dy pikave.
Ngarkesë e vetme
Potenciali në një pikë për shkak të pranisë së një ngarkese të vetme që prodhon një fushë elektrike mund të llogaritet duke përdorur ekuacionin:
Përshkrim: V ab = diferenca e potencialit midis dy pikave, k = konstantja e Kulonit, Q = ngarkesa e vetme që prodhon një fushë elektrike, r = distanca midis ngarkesës Q dhe pikës ku llogaritet potenciali.
Marrëdhënia midis fushës elektrike dhe potencialit
Fusha elektrike është një madhësi vektoriale, ndërsa potenciali është një madhësi skalare. Madhësitë vektoriale përfshijnë drejtimin, duke i bërë ato më të vështira për t'u llogaritur sesa madhësitë skalare. Për të thjeshtuar llogaritjet, përdoret një ekuacion që shpreh marrëdhënien midis fushës elektrike dhe potencialit.
Ekuacioni i diferencës së potencialit që u shpjegua më parë rishkruhet si më poshtë:
Matematikisht, puna është prodhimi i forcës dhe zhvendosjes, ku forca është prodhimi i ngarkesës dhe fushës elektrike. Marrëdhënia midis punës, forcës dhe zhvendosjes shprehet përmes ekuacionit më poshtë:
Nëse dy ekuacionet e mësipërme bashkohen, prodhohet një ekuacion i ri si më poshtë:
Përshkrim: E = Fushë elektrike, V ab = diferenca e potencialit midis dy pikave, për shembull pikat a dhe b, d = distanca midis dy pikave.
Njësia e diferencës së potencialit është volt dhe njësia e distancës është metër, kështu që fusha elektrike mund të shprehet në njësi volt për metër (V/m).
Ky ekuacion mund të përdoret për të përcaktuar një fushë elektrike (homogjene) nëse dihet diferenca e potencialit midis dy pikave dhe distanca midis tyre. Sipas ekuacionit, fusha elektrike është proporcionale me potencialin dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën. Kjo do të thotë që sa më i madh të jetë potenciali, aq më e madhe është fusha elektrike, dhe sa më e madhe të jetë distanca, aq më e vogël është fusha elektrike.
