Kuelewa
Uwezo wa umeme hufafanuliwa kama nishati inayowezekana kwa kila kitengo cha chaji ya umeme . Tuseme kwamba katika sehemu a, chaji q ina nishati inayowezekana ya EP a , basi uwezo katika sehemu a umeundwa kama ifuatavyo:
Maelezo: V = uwezo wa umeme, EP = nishati ya uwezo wa umeme, q = chaji ya umeme.
V haipo tu katika sehemu a bali pia katika sehemu zote katika uwanja wa umeme . Sehemu a inatumika kama mfano. Kama itakavyoelezwa baadaye, thamani yake haitegemei chaji q.
EP na chaji ya umeme ni kiasi cha scalar, kwa hivyo V pia ni kiasi cha scalar. Kitengo cha mfumo wa kimataifa cha EP ni Joule na kitengo cha mfumo wa kimataifa cha chaji ya umeme ni Coulomb, kwa hivyo kitengo cha mfumo wa kimataifa cha V ni Joule kwa Coulomb (J/C). Jina lingine la J/C ni Volt, linalotokana na jina la mwanasayansi wa Italia na mvumbuzi wa betri ya umeme, Alessandro Volta (1745-1827).
Tofauti ya uwezo wa umeme
V katika hatua fulani, kwa mfano V katika hatua a, yaani V a , haiwezi kujulikana kwa sababu kinachomaanisha ni mabadiliko katika uwezo. Thamani ya mabadiliko ya uwezo inaweza kujulikana kupitia hesabu au kipimo. V hubadilika wakati chaji q inapohama kutoka sehemu moja hadi nyingine. Tuseme chaji q inahama kutoka sehemu a hadi sehemu b, basi mabadiliko katika uwezo ni:
V ab ni tofauti inayowezekana kati ya nukta mbili katika uwanja wa umeme, kwa mfano nukta a na b. Tofauti inayowezekana kati ya nukta a na b (V ab ) ni sawa na kazi inayofanywa na nguvu ya umeme kwenye chaji ya umeme inapohama kutoka nukta a hadi nukta b, kwa kila chaji ya kitengo (W ab /q). Ikumbukwe kwamba kazi inayofanywa na nguvu ya umeme kwenye chaji q inapohama kutoka nukta a hadi nukta b (W ab ) ni sawa na mabadiliko katika nishati inayowezekana ya chaji q (ΔEP). Kwa hivyo, katika mlinganyo hapo juu ΔEP inaweza kubadilishwa na W ab.
Kitu kinapokuwa katika urefu fulani juu ya ardhi, kina nishati ya uwezo wa uvutano, ambapo uso wa ardhi hutumika kama sehemu ya marejeleo. Katika hali hii, urefu wa uso wa ardhi na nishati ya uwezo wa uvutano moja kwa moja kwenye uso wa ardhi huwekwa kuwa sifuri. Sawa na nishati ya uwezo wa uvutano, tunaposema kwamba nukta ina uwezo fulani, nukta nyingine lazima itumike kama sehemu ya marejeleo, ikizingatiwa kuwa tofauti ya uwezo pekee ndiyo inayoweza kuhesabiwa. Kawaida, ardhi au kondakta wa umeme aliyeunganishwa na ardhi huchaguliwa kama sehemu ya marejeleo, ambapo uwezo kwenye kondakta au uwezo ulio ardhini umewekwa kuwa sifuri. Kwa hivyo, ikiwa nukta ina V ya Volti 12, tofauti ya uwezo kati ya nukta hiyo na ardhi ni Volti 12. Katika betri ya Volti 6, tofauti ya uwezo kati ya terminal chanya na terminal hasi ni Volti 6. Kwa sababu kitengo cha tofauti ya uwezo ni Volti, tofauti ya uwezo kati ya nukta mbili kwa kawaida hujulikana kama volteji ya umeme.
Mlinganyo wa tofauti inayowezekana hapo juu unaweza kuandikwa tena kama ifuatavyo:
Ikiwa chaji q itapita katika tofauti inayowezekana Vab kisha nishati inayowezekana hubadilika kwa ΔEP. Kwa mfano, ikiwa chaji ya Coulombs 2 hupita kwenye tofauti inayowezekana ya Volti 12, nishati inayowezekana hubadilika kwa (2 C)(12 V) = Jouli 24. Vile vile, ikiwa chaji ya Coulombs 4 hupita kwenye tofauti inayowezekana ya Volti 24, nishati inayowezekana hubadilika kwa (4 C)(24 V) = Jouli 96.
Kwa hivyo mabadiliko katika nishati inayowezekana (ΔEP) yanalingana na chaji (q) na volteji ya umeme (Vab ) . Kadiri chaji ya umeme na/au volteji ya umeme ilivyo kubwa, ndivyo mabadiliko katika nishati inayowezekana yanavyokuwa makubwa. Nishati inayowezekana inahusiana na uwezo wa kufanya kazi, kwa hivyo ikiwa mabadiliko katika nishati inayowezekana ni makubwa, uwezo wa kufanya kazi pia ni mkubwa.
Mlinganyo wa tofauti inayowezekana hapo juu bado ni wa jumla. Ili kupata mlinganyo wa V wenye maelezo zaidi, fikiria tofauti inayowezekana katika uwanja wa umeme unaofanana na unaotokana na chaji moja.
Sehemu ya umeme yenye usawa
Tofauti inayowezekana kati ya nukta mbili katika uwanja wa umeme unaofanana, kwa mfano nukta a na nukta b, inaweza kuhesabiwa kwa kutumia mlinganyo ulio hapa chini:
Maelezo: V ab = tofauti inayowezekana kati ya nukta mbili, E = uga wa umeme na s = umbali kati ya nukta mbili.
Mzigo mmoja
Uwezo katika hatua fulani kutokana na uwepo wa chaji moja inayozalisha uwanja wa umeme unaweza kuhesabiwa kwa kutumia mlinganyo:
Maelezo: V ab = tofauti inayowezekana kati ya nukta mbili, k = Kigezo cha Coulomb, Q = chaji moja inayozalisha uwanja wa umeme, r = umbali kati ya chaji Q na nukta ambapo uwezo huhesabiwa.
Uhusiano kati ya uwanja wa umeme na uwezo
Sehemu ya umeme ni kiasi cha vekta, ilhali uwezo ni kiasi cha skala. Kiasi cha vekta huhusisha mwelekeo, na kuvifanya kuwa vigumu zaidi kuvihesabu kuliko kiasi cha skala. Ili kurahisisha hesabu, mlinganyo hutumika unaoelezea uhusiano kati ya sehemu ya umeme na uwezo.
Mlinganyo wa tofauti inayowezekana ulioelezwa hapo awali umeandikwa upya kama ifuatavyo:
Kihisabati, kazi ni matokeo ya nguvu na uhamisho, ambapo nguvu ni matokeo ya chaji na uga wa umeme. Uhusiano kati ya kazi, nguvu, na uhamisho unaonyeshwa kupitia mlinganyo ulio hapa chini:
Ikiwa milinganyo miwili hapo juu imeunganishwa, mlinganyo mpya huzalishwa kama ifuatavyo:
Maelezo: E = Sehemu ya umeme, V ab = tofauti inayowezekana kati ya nukta mbili, kwa mfano nukta a na b, d = umbali kati ya nukta mbili.
Kitengo cha tofauti inayowezekana ni Volti na kitengo cha umbali ni mita ili uwanja wa umeme uweze kuonyeshwa katika vitengo vya Volti kwa mita (V/m).
Mlinganyo huu unaweza kutumika kubaini uwanja wa umeme (unaofanana) ikiwa tofauti inayowezekana kati ya nukta mbili na umbali kati yao inajulikana. Kulingana na mlinganyo, uwanja wa umeme ni sawia na uwezo na sawia kinyume na umbali. Hii ina maana kwamba kadiri uwezo unavyokuwa mkubwa, ndivyo uwanja wa umeme unavyokuwa mkubwa, na kadiri umbali unavyokuwa mkubwa, ndivyo uwanja wa umeme unavyokuwa mdogo.
