Таърифи потенсиали электрикӣ
Потенсиали электрикӣ ҳамчун муайян карда мешавад энергияи потенсиали барқӣ барои як заряди воҳидӣ. Фарз мекунем, ки вақте ки он дар нуқтаи a қарор дорад, заряди q дорои энергияи потенсиали электрикӣ мебошад, ки ба EP баробар аст.a, пас потенсиали электрикӣ дар нуқтаи a чунин тартиб дода мешавад:
V = потенсиали электрикӣ, EP = энергияи потенсиали электрикӣ, q = заряди электрикӣ
V на танҳо дар нуқтаи a, балки дар ҳамаи нуқтаҳои он низ ҷойгир аст. майдони электрикӣ. Нуқтаи a ҳамчун мисол истифода мешавад. Тавре ки баъдтар шарҳ дода мешавад, V аз заряди q вобаста нест.
EP ва заряди электрикӣ бузургиҳои скалярӣ мебошанд, аз ин рӯ V низ бузургиҳои скаляриро дар бар мегирад. Воҳиди системаи байналмилалии EP Ҷоул ва воҳиди системаи байналмилалии заряди электрикӣ Кулон аст, аз ин рӯ воҳиди системаи байналмилалии V Ҷоул ба Кулон (Ҷ/Кл) аст. Номи дигари Ҷ/К Волт аст, ки аз номи олими итолиёвӣ ва ихтироъкори батареяи электрикӣ Алессандро Волта (1745-1827) гирифта шудааст.
Фарқи потенсиали электрикӣ
V дар нуқтае ба монанди V дар нуқтаи a, яъне Va, маълум нест, зеро муҳимтаринаш тағирёбии потенсиали электрикӣ аст. Тағйирот дар потенсиали электрикӣ метавонад аз рӯи арзиши он, ё тавассути ҳисобҳо ё андозагирӣ, маълум шавад. V ҳангоми ҳаракати заряди q аз як нуқта ба нуқтаи дигар тағйир меёбад. Фарз мекунем, ки заряди q аз нуқтаи a ба нуқтаи b ҳаракат мекунад, пас тағирёбии V чунин аст:
Vab фарқи V байни ду нуқта дар майдони электрикӣ аст, масалан, нуқтаҳои a ва b. Фарқи V байни нуқтаҳои a ва b (V)ab) ба кори қувваи электрикӣ дар заряди электрикӣ ҳангоми ҳаракат аз нуқтаи a ба нуқтаи b, барои як заряди воҳидӣ (W) баробар аст.ab /q). Бояд қайд кард, ки кор аз ҷониби қувваи электрикии заряди q ҳангоми ҳаракат аз нуқтаи a ба нуқтаи b (W) иҷро карда мешавад.ab) ба тағйирёбии энергияи потенсиали электрикии заряди q (ΔEP) баробар аст. Аз ин рӯ, дар муодилаи боло, ΔEP-ро бо W иваз кардан мумкин аст.ab.
Вақте ки объект дар баландии муайян аз сатҳи замин қарор дорад, он энергияи потенсиали ҷозиба дорад, ки дар он сатҳи замин ҳамчун нуқтаи истинод истифода мешавад. Дар ин ҳолат, баландии сатҳи замин ва энергияи потенсиали ҷозиба дар сатҳи замин ба сифр муқаррар карда мешавад. Монанди энергияи потенсиали ҷозиба, вақте ки мо нуқтаеро барои доштани потенсиали муайяни электрикӣ меномем, он бояд нуқтаи дигаре бошад, ки ҳамчун нуқтаи истинод истифода мешавад, бо назардошти танҳо фарқияти потенсиали электрикӣ, ки ҳисоб кардан мумкин аст. Одатан, ноқилҳои заминӣ ё электрикии ба замин пайвастшуда ҳамчун нуқтаҳои истинод интихоб карда мешаванд, ки дар он потенсиали электрикии ноқил ё потенсиали электрикӣ дар замин ба сифр муқаррар карда мешавад. Пас, агар нуқта потенсиали электрикии 12 Вольт дошта бошад, фарқи потенсиали электрикӣ байни он нуқта ва замин 12 Вольт аст. Дар батареяи 6 Вольт, фарқи потенсиали электрикӣ байни терминали мусбат ва терминали манфӣ 6 Вольт аст. Азбаски воҳиди фарқи потенсиали электрикӣ Вольт аст, фарқи потенсиали электрикӣ байни ду нуқта одатан ҳамчун шиддат номида мешавад.
Муодилаи фарқи потенсиалҳои электрикии дар боло зикршударо метавон дубора чунин навишт:
Агар заряди q аз фарқи потенсиалҳои электрикӣ V гузарадab, энергияи потенсиалӣ ба андозаи ΔEP тағйир меёбад. Масалан, заряди 2 Кулон аз фарқи потенсиали электрикии 12 Волт мегузарад, энергияи потенсиали электрикӣ ба андозаи (2 Кл)(12 В) = 24 Ҷоул тағйир меёбад. Ба ҳамин монанд, агар заряди 4 Кулон аз фарқи потенсиали электрикии 24 Волт гузарад, энергияи потенсиали электрикӣ ба андозаи (4 Кл) (24 В) = 96 Ҷоул тағйир меёбад.
Пас, тағйирёбии энергияи потенсиали электрикӣ (ΔEP) ба заряд (q) ва шиддат (V) мутаносиб аст.ab). Ҳар қадар заряди барқӣ ва шиддат баландтар бошад, ҳамон қадар тағйироти энергияи потенсиали барқӣ баландтар мешавад. Энергияи потенсиалӣ бо қобилияти иҷрои кор алоқаманд аст, аз ин рӯ, агар тағйирот дар энергияи потенсиали барқӣ назаррас бошанд, пас қобилияти иҷрои кор низ назаррас аст.
Муодилаи фарқи V дар боло ҳанӯз ҳам умумӣ аст. Барои ба даст овардани муодилаи муфассалтари V, фарқи потенсиали электрикиро дар майдони электрикии якхела ва фарқи потенсиали электрикиро, ки аз як заряд ба вуҷуд омадааст, баррасӣ кунед.
Потенсиали электрикӣ дар майдони электрикии якхела
Фарқи V байни ду нуқта дар майдони электрикии якхела, масалан, нуқтаи a ва нуқтаи b, бо истифода аз муодилаи зер ҳисоб карда мешавад:
Vab = фарқи V байни ду нуқта, E = майдони электрикӣ ва d = масофа байни ду нуқта.
V, ки аз заряди ягона ба вуҷуд омадааст
V дар нуқтае, ки аз як заряди ягона ба вуҷуд меояд ва майдони электрикиро ба вуҷуд меорад, бо истифода аз муодилаи зерин ҳисоб карда мешавад:
Vab = фарқи V байни ду нуқта, k = доимии Кулон, Q = заряди ягона, ки майдони электрикиро ба вуҷуд меорад, r = масофа байни заряди Q ва нуқтае, ки дар он V ҳисоб карда мешавад.
Робитаи байни майдони электрикӣ (E) ва потенсиали электрикӣ (V)
Майдони электрикӣ E миқдори векторӣ аст, дар ҳоле ки V миқдори скалярӣ аст. Миқдори векторӣ самтро дар бар мегирад, аз ин рӯ ҳисоб кардани он дар муқоиса бо ҳисоб кардани миқдори скалярӣ душвортар аст. Барои осон кардани ҳисобкунии майдони электрикӣ, аз муодилае истифода баред, ки робитаи байни майдони электрикӣ ва V-ро нишон медиҳад.
Муодилаи фарқи потенсиалӣ, ки қаблан тавсиф шуда буд, чунин аз нав навишта мешавад:
Аз нигоҳи математикӣ, кор маҳсули қувва ва ҷойивазкунӣ аст, ки дар он қувва маҳсули заряд ва майдони электрикӣ аст. Робитаи байни кор, қувва ва ҷойивазкунӣ тавассути муодилаи зерин ифода карда мешавад:
Агар ду муодилаи дар боло овардашударо якҷоя кунем, муодилаи нав чунин ҳосил мешавад:
E = майдони электрикӣ, Vab = фарқи потенсиалҳои электрикӣ байни ду нуқта, ба монанди нуқтаҳои a ва b, d = масофа байни ду нуқта.
Воҳиди фарқи потенсиалҳо Волт ва воҳиди масофа метр аст, бинобар ин майдони электрикиро бо воҳидҳои Волт дар як метр (В/м) ифода кардан мумкин аст.
Ин муодила метавонад барои муайян кардани майдони электрикӣ (якҷинса), ки бо номи фарқи потенсиалҳо байни ду нуқта ва масофа байни ду нуқта маълум аст, истифода шавад. Бар асоси муодила, майдони электрикӣ ба V мутаносиб ва ба масофа баръакс мутаносиб аст. Ин маънои онро дорад, ки ҳар қадар V баландтар бошад, майдони электрикӣ ҳамон қадар баландтар аст ва масофа ҳар қадар баландтар бошад, майдони электрикӣ ҳамон қадар хурдтар аст.
