Kahulugan
Ang potensyal na elektrikal ay binibigyang kahulugan bilang ang potensyal na enerhiya bawat yunit ng karga ng kuryente . Halimbawa, kapag sa puntong a, ang karga na q ay may potensyal na enerhiya na EP a , kung gayon ang potensyal sa puntong a ay binubuo ng mga sumusunod:
Paglalarawan: V = potensyal na elektrikal, EP = enerhiya ng potensyal na elektrikal, q = karga ng kuryente.
Ang V ay hindi lamang umiiral sa 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 halaga nito ay hindi nakadepende sa karga na q.
Ang EP at electric charge ay mga scalar quantity, kaya ang V ay isa ring scalar quantity. Ang international system unit ng EP ay ang Joule at ang international system unit ng electric charge ay ang Coulomb, kaya ang international system unit ng V ay Joule per Coulomb (J/C). Ang isa pang pangalan para sa J/C ay Volt, na hango sa pangalan ng Italyanong siyentipiko at imbentor ng electric battery na si Alessandro Volta (1745-1827).
Pagkakaiba sa potensyal na elektrikal
Ang V sa isang punto, halimbawa ang V sa puntong a, na V a , ay hindi maaaring malaman dahil ang makabuluhan ay ang pagbabago sa potensyal. Ang halaga ng pagbabago sa potensyal ay maaaring malaman sa pamamagitan ng pagkalkula o pagsukat. Nagbabago ang V 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 potensyal ay:
Ang V ab ay ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang punto sa isang electric field, halimbawa ang mga punto a at b. Ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga punto a at b (V ab ) ay katumbas ng gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal sa kargadong elektrikal kapag ito ay gumagalaw mula sa punto a patungo sa punto b, bawat yunit ng karga (W ab /q). Dapat tandaan na ang gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal sa kargadong q kapag ito ay gumagalaw mula sa punto a patungo sa punto b (W ab ) ay katumbas ng pagbabago sa potensyal na enerhiya 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 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 may isang tiyak na potensyal, ang isa pang punto ay dapat gamitin bilang reference point, dahil tanging ang potential difference lamang ang maaaring kalkulahin. Karaniwan, ang ground o isang electrical conductor na konektado sa ground ang pinipili bilang reference point, kung saan ang potential sa conductor o ang potential sa ground ay nakatakda sa zero. Kaya, kung ang isang punto ay may V na 12 Volts, ang potential difference sa pagitan ng puntong iyon at ng ground ay 12 Volts. Sa isang 6 Volt na baterya, ang potential difference sa pagitan ng positive terminal at negative terminal ay 6 Volts. Dahil ang unit ng potential difference ay Volts, ang potential difference sa pagitan ng dalawang punto ay karaniwang tinutukoy bilang electrical voltage.
Ang equation ng potential difference sa itaas ay maaaring isulat muli tulad ng sumusunod:
Kung ang kargamento q ay dumadaan sa isang potensyal na pagkakaiba na Vab kung gayon ang potensyal na enerhiya ay magbabago ng ΔEP. Halimbawa, kung ang isang karga na 2 Coulomb ay dumadaan sa isang potensyal na pagkakaiba na 12 Volts, ang potensyal na enerhiya ay magbabago ng (2 C)(12 V) = 24 Joules. Gayundin, kung ang isang karga na 4 Coulomb ay dumadaan sa isang potensyal na pagkakaiba na 24 Volts, ang potensyal na enerhiya ay magbabago ng (4 C)(24 V) = 96 Joules.
Kaya ang pagbabago sa potensyal na enerhiya (ΔEP) ay proporsyonal sa karga (q) at boltaheng elektrikal (Vab ) . Kung mas malaki ang karga ng elektrikal at/o boltaheng elektrikal, mas malaki ang pagbabago sa potensyal na enerhiya. Ang potensyal na enerhiya ay nauugnay sa kakayahang gumawa ng trabaho, kaya kung malaki ang pagbabago sa potensyal na enerhiya, malaki rin ang kakayahang gumawa ng trabaho.
Ang ekwasyon ng pagkakaiba ng potensyal sa itaas ay pangkalahatan pa rin. Upang makakuha ng mas detalyadong ekwasyon ng V, isaalang-alang ang pagkakaiba ng potensyal sa isang homogenous na electric field at ang nalilikha ng isang karga.
Homogenous na electric field
Ang potensyal na pagkakaiba 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:
Paglalarawan: V ab = potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang punto, E = electric field at s = distansya sa pagitan ng dalawang punto.
Isang karga
Ang potensyal sa isang punto dahil sa pagkakaroon ng isang karga na lumilikha ng isang electric field ay maaaring kalkulahin gamit ang equation:
Paglalarawan: V ab = potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang punto, k = Coulomb's constant, Q = iisang karga na lumilikha ng electric field, r = distansya sa pagitan ng karga Q at ng punto kung saan kinakalkula ang potensyal.
Ang ugnayan sa pagitan ng electric field at potensyal
Ang electric field ay isang vector quantity, habang ang potential ay isang scalar quantity. Ang mga vector quantity ay may kinalaman sa direksyon, kaya mas mahirap itong kalkulahin kaysa sa mga scalar quantity. Upang gawing simple ang mga kalkulasyon, ginagamit ang isang equation na nagpapahayag ng ugnayan sa pagitan ng electric field at potential.
Ang equation ng potensyal na pagkakaiba na ipinaliwanag dati ay muling isinulat tulad ng sumusunod:
Sa matematika, ang trabaho ay produkto ng puwersa at displacement, kung saan ang puwersa ay produkto ng karga 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, isang bagong equation ang malilikha gaya ng sumusunod:
Paglalarawan: E = Electric field, V ab = potential difference sa pagitan ng dalawang punto, halimbawa ang mga punto a at b, d = distansya sa pagitan ng dalawang punto.
Ang yunit ng potensyal na pagkakaiba ay Volt at ang yunit ng distansya ay metro upang ang electric field ay maipahayag sa mga yunit ng Volt bawat metro (V/m).
Magagamit ang ekwasyong ito upang matukoy ang isang (homogeneous) electric field kung alam ang potential difference sa pagitan ng dalawang punto at ang distansya sa pagitan ng mga ito. Ayon sa ekwasyon, ang electric field ay proporsyonal sa potential at inversely proportional sa distansya. Nangangahulugan ito na mas malaki ang potential, mas malaki ang electric field, at mas malaki ang distansya, mas maliit ang electric field.
