Пенгертиан
Електрични потенцијал је дефинисан као потенцијална енергија по јединици електричног наелектрисања . На пример, када у тачки a, наелектрисање q има потенцијалну енергију од EP a , онда се потенцијал у тачки a формулише на следећи начин:
Опис: V = електрични потенцијал, EP = електрична потенцијална енергија, q = електрично наелектрисање.
V постоји не само у тачки a већ и у свим тачкама електричног поља . Тачка a је коришћена као пример. Као што ће касније бити објашњено, њена вредност не зависи од наелектрисања q.
EP и електрично наелектрисање су скаларне величине, тако да је V такође скаларна величина. Међународна системска јединица за EP је џул, а међународна системска јединица за електрично наелектрисање је кулон, тако да је међународна системска јединица за V џул по кулону (J/C). Други назив за J/C је волт, изведен од имена италијанског научника и проналазача електричне батерије, Алесандра Волте (1745-1827).
Разлика електричног потенцијала
V у тачки, на пример V у тачки a, односно V a , не може се знати јер је оно што је значајно промена потенцијала. Вредност промене потенцијала може се знати или израчунавање или мерење. V се мења када се наелектрисање q креће из једне тачке у другу. Претпоставимо да се наелектрисање q креће из тачке a у тачку b, тада је промена потенцијала:
V ab је потенцијална разлика између две тачке у електричном пољу, на пример тачака a и b. Потенцијална разлика између тачака a и b (V ab ) једнака је раду који електрична сила изврши на електрично наелектрисање када се оно креће од тачке a до тачке b, по јединици наелектрисања (W ab /q). Треба напоменути да је рад који електрична сила изврши на наелектрисање q када се оно креће од тачке a до тачке b (W ab ) једнак промени потенцијалне енергије наелектрисања q (ΔEP). Стога се у горњој једначини ΔEP може заменити са W ab.
Када се објекат налази на одређеној висини изнад тла, он има гравитациону потенцијалну енергију, где се површина тла користи као референтна тачка. У овом случају, висина површине тла и гравитациона потенцијална енергија непосредно на површини тла су постављене на нулу. Слично гравитационој потенцијалној енергији, када кажемо да тачка има одређени потенцијал, друга тачка мора се користити као референтна тачка, с обзиром на то да се може израчунати само разлика потенцијала. Обично се тло или електрични проводник повезан са земљом бира као референтна тачка, где је потенцијал на проводнику или потенцијал у земљи постављен на нулу. Дакле, ако тачка има V од 12 волти, разлика потенцијала између те тачке и земље је 12 волти. У батерији од 6 волти, разлика потенцијала између позитивног и негативног терминала је 6 волти. Пошто је јединица разлике потенцијала волт, разлика потенцијала између две тачке се обично назива електричним напоном.
Горе наведена једначина потенцијалне разлике може се поново написати као што следи:
Ако наелектрисање q пролази кроз потенцијалну разлику Vab тада се потенцијална енергија мења за ΔEP. На пример, ако наелектрисање од 2 кулона прође кроз потенцијалну разлику од 12 волти, потенцијална енергија се мења за (2 C)(12 V) = 24 џула. Слично томе, ако наелектрисање од 4 кулона прође кроз потенцијалну разлику од 24 волта, потенцијална енергија се мења за (4 C)(24 V) = 96 џула.
Дакле, промена потенцијалне енергије (ΔEP) је пропорционална наелектрисању (q) и електричном напону (Vab ) . Што је веће електрично наелектрисање и/или електрични напон, већа је промена потенцијалне енергије. Потенцијална енергија је повезана са способношћу обављања рада, тако да ако је промена потенцијалне енергије велика, велика је и способност обављања рада.
Горе наведена једначина потенцијалне разлике је и даље општа. Да бисте добили детаљнију V једначину, размотрите потенцијалну разлику у хомогеном електричном пољу и ону коју генерише једно наелектрисање.
Хомогено електрично поље
Разлика потенцијала између две тачке у хомогеном електричном пољу, на пример тачке а и тачке б, може се израчунати помоћу једначине испод:
Опис: V ab = потенцијална разлика између две тачке, E = електрично поље и s = растојање између две тачке.
Једно пуњење
Потенцијал у тачки због присуства једног наелектрисања које производи електрично поље може се израчунати помоћу једначине:
Опис: V ab = разлика потенцијала између две тачке, k = Кулонова константа, Q = једно наелектрисање које производи електрично поље, r = растојање између наелектрисања Q и тачке где се израчунава потенцијал.
Однос између електричног поља и потенцијала
Електрично поље је векторска величина, док је потенцијал скаларна величина. Векторске величине укључују смер, што их чини тежим за израчунавање од скаларних величина. Ради поједностављења прорачуна, користи се једначина која изражава везу између електричног поља и потенцијала.
Једначина потенцијалне разлике која је претходно објашњена преписује се као што следи:
Математички, рад је производ силе и померања, где је сила производ наелектрисања и електричног поља. Однос између рада, силе и померања изражен је једначином испод:
Ако се две горње једначине споје, добија се нова једначина као што је приказано испод:
Опис: E = Електрично поље, V ab = потенцијална разлика између две тачке, на пример тачке a и b, d = растојање између две тачке.
Јединица за потенцијалну разлику је волт, а јединица за растојање је метар, тако да се електрично поље може изразити у јединицама волта по метру (V/m).
Ова једначина се може користити за одређивање (хомогеног) електричног поља ако су познати потенцијална разлика између две тачке и растојање између њих. Према једначини, електрично поље је пропорционално потенцијалу и обрнуто пропорционално растојању. То значи да што је већи потенцијал, то је веће електрично поље, а што је веће растојање, то је мање електрично поље.
