Kahulugan ng potensyal na elektrikal
Ang potensyal na elektrikal ay binibigyang kahulugan bilang ang enerhiya ng potensyal na elektrikal bawat yunit ng karga. Ipagpalagay na kapag ito ay nasa punto a, ang karga q ay may enerhiya ng potensyal na elektrikal na katumbas ng EP a , kung gayon ang potensyal na elektrikal sa punto a ay binubuo ng mga sumusunod:
V = potensyal na elektrikal, EP = enerhiya ng potensyal na elektrikal, q = karga ng kuryente
Ang V ay hindi lamang nasa punto a kundi pati na rin sa lahat ng punto sa electric field. Ang punto a ay ginagamit bilang isang halimbawa. Gaya ng ipapaliwanag mamaya, ang V ay hindi nakadepende sa karga na q.
Ang EP at electric charge ay mga scalar quantities kaya kasama rin sa V ang mga scalar quantities. Ang international system unit ng EP ay Joule at ang international system unit ng electrical charge ay Coulomb kaya ang international system unit ng V ay Joule per Coulomb (J/C). Ang isa pang pangalan para sa J/C ay ang Volt, na hango sa pangalan ng Italyanong siyentipiko at imbentor ng electric battery na si Alessandro Volta (1745-1827).
Pagkakaiba ng potensyal ng kuryente
Ang V sa isang puntong tulad ng V sa puntong a, ibig sabihin, V a , ay hindi maaaring malaman dahil ang pinakamahalaga ay ang pagbabago sa potensyal na elektrikal. Ang mga pagbabago sa potensyal na elektrikal ay maaaring malaman sa pamamagitan ng halaga nito, alinman sa pamamagitan ng mga kalkulasyon o pagsukat. Ang V ay nagbabago kapag ang kargamento q ay lumipat mula sa isang punto patungo sa isa pa. Ipagpalagay na ang kargamento q ay lumipat mula sa punto a patungo sa punto b, kung gayon ang pagbabago sa V ay:
Ang Vab ay isang V na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang punto sa isang electric field, halimbawa, ang mga punto a at b. Ang pagkakaiba sa V sa pagitan ng mga punto a at b (V ab ) ay kapareho ng gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal sa kargadong elektrikal kapag lumilipat mula sa punto a patungo sa punto b, bawat yunit ng karga (W ab / q). Dapat tandaan na ang gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal ng kargadong q kapag lumilipat mula sa punto a patungo sa punto b (W ab ) ay katumbas ng pagbabago sa enerhiyang potensyal ng kuryente ng kargadong q (ΔEP). Samakatuwid, sa equation sa itaas, ang ΔEP ay maaaring palitan ng W ab.
Kapag ang isang bagay ay nasa isang tiyak na taas mula sa ibabaw ng lupa, mayroon itong gravitational potential energy, kung saan ang ibabaw ng lupa ay ginagamit bilang reference point. Sa kasong ito, ang taas ng ibabaw ng lupa at ang gravitational potential energy mismo sa ibabaw ng lupa ay nakatakda sa zero. Katulad ng gravitational potential energy, kapag sinabi nating ang isang punto ay mayroong isang tiyak na electrical potential, dapat itong isa pang punto na ginagamit bilang reference point, isinasaalang-alang lamang ang pagkakaiba sa electric potential na maaaring kalkulahin. Karaniwan, ang ground o electrical conductors na konektado sa ground ay pinipili bilang reference points, kung saan ang electric potential ng conductor o ang electric potential sa lupa ay nakatakda sa zero. Kaya kung ang isang punto ay may electric potential na 12 Volts, ang electric potential difference sa pagitan ng puntong iyon at ng ground ay 12 Volts. Sa isang 6 Volt na baterya, ang electric potential difference sa pagitan ng positive terminal at negative terminal ay 6 Volts. Dahil ang unit ng electric potential difference ay Volt, ang electric potential difference sa pagitan ng dalawang punto ay karaniwang tinutukoy bilang voltage.
Ang ekwasyon ng pagkakaiba sa potensyal na elektrikal sa itaas ay maaaring isulat muli tulad ng sumusunod:
Kung ang kargamento na q ay dumadaan sa electric potential difference na V ab , ang potential energy ay magbabago ng ΔEP. Halimbawa, ang kargamento na 2 Coulomb ay dumadaan sa electric potential difference na 12 Volts, ang electric potential energy ay magbabago ng (2 C)(12 V) = 24 Joules. Gayundin, kung ang 4 Coulomb na kargamento ay dumadaan sa electric potential difference na 24 Volts, ang electric potential energy ay magbabago ng (4 C) (24 V) = 96 Joules.
Kaya, ang pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal (ΔEP) ay proporsyonal sa karga (q) at boltahe (Vab ) . Kung mas mataas ang karga at boltahe ng elektrikal, mas mataas ang pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal. Ang enerhiyang potensyal ay nauugnay sa kakayahang gumawa ng trabaho, kaya kung ang mga pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal ay makabuluhan, ang kakayahang gumawa ng trabaho ay makabuluhan din.
Ang ekwasyon ng pagkakaiba ng V sa itaas ay pangkalahatan pa rin. Para sa mas detalyadong ekwasyon ng V, suriin ang pagkakaiba ng potensyal na elektrikal sa homogenous na larangan ng kuryente at ang pagkakaiba ng potensyal na elektrikal na nalilikha ng isang karga.
Ang potensyal na elektrikal sa homogenous na larangan ng kuryente
Ang pagkakaiba sa V sa pagitan ng dalawang punto sa isang homogenous na electric field, halimbawa, ang punto a at punto b, ay maaaring kalkulahin gamit ang equation sa ibaba:
V ab = ang V pagkakaiba sa pagitan ng dalawang punto, E = electric field, at d = distansya sa pagitan ng dalawang punto.
V na nalilikha ng iisang karga
Ang V sa isang punto dahil sa isang karga na bumubuo ng electric field ay maaaring kalkulahin gamit ang equation:
V ab = ang V pagkakaiba sa pagitan ng dalawang punto, k = Coulomb constant, Q = iisang karga na lumilikha ng electric field, r = distansya sa pagitan ng karga Q at ng punto kung saan kinakalkula ang V.
Ang ugnayan sa pagitan ng electric field (E) at ng electric potential (V)
Ang electric field na E ay isang vector quantity, habang ang V ay isang scalar quantity. Ang vector quantity ay may kinalaman sa direksyon kaya mas mahirap itong kalkulahin kumpara sa pagkalkula ng mga scalar quantity. Upang mapadali ang pagkalkula ng electric field, gumamit ng equation na nagsasaad ng ugnayan sa pagitan ng electric field at ng V.
Ang ekwasyon ng potensyal na pagkakaiba na inilarawan kanina ay muling isinulat tulad ng sumusunod:
Sa matematika, ang trabaho ay produkto ng puwersa at displacement, kung saan ang puwersa ay produkto ng charge at electric field. Ang ugnayan sa pagitan ng trabaho, puwersa, at displacement ay ipinapahayag sa pamamagitan ng equation sa ibaba:
Kung pagsasamahin ang dalawang equation sa itaas, ang bagong equation ay mabubuo gaya ng sumusunod:
E = electric field, V ab = ang electric potential difference sa pagitan ng dalawang punto tulad ng mga punto a at b, d = distansya sa pagitan ng dalawang punto.
Ang yunit ng potensyal na pagkakaiba ay ang Volt, at ang yunit ng distansya ay ang metro upang ang electric field ay maipahayag sa mga yunit ng Volts kada metro (V/m).
Magagamit ang ekwasyong ito upang matukoy ang electric (homogeneous) field na kilala bilang potential difference sa pagitan ng dalawang punto at ang distansya sa pagitan ng dalawang punto. Batay sa ekwasyon, ang electric field ay proporsyonal sa V at inversely proportional sa distansya. Nangangahulugan ito na mas mataas ang V, mas mataas ang electric field at mas mataas ang distansya, mas maliit ang electric field.
