电位

定义

电势定义为单位电荷所具有的势能。例如，当电荷 q 在 a 点的势能为 EP _a时，a 点的电势可表示如下：

描述：V = 电势，EP = 电势能，q = 电荷。

电压 V 不仅存在于 a 点，也存在于电场中的所有点。这里以 a 点为例进行说明。正如稍后将解释的，电压 V 的值与电荷 q 无关。

电势和电荷都是标量，因此电压 V 也是标量。电势的国际单位制单位是焦耳，电荷的国际单位制单位是库仑，所以电压 V 的国际单位制单位是焦耳/库仑 (J/C)。J/C 的另一个名称是伏特，它来源于意大利科学家、电池发明者亚历山德罗·伏特 (1745-1827) 的名字。

电势差

例如，某一点的电势 V，即 A 点的电势 V_{_a} ，是无法直接得知的，因为真正重要的是电势的变化。电势变化的值可以通过计算或测量获得。当电荷 q 从一点移动到另一点时，电势 V 会发生变化。假设电荷 q 从 A 点移动到 B 点，则电势变化为：

V _{_ab}表示电场中两点之间的电势差，例如 a 点和 b 点。a 点和 b 点之间的电势差 (V_{_ab} ) 等于单位电荷 q 从 a 点移动到 b 点时电场力对其所做的功(W _{_ab} /q)。需要注意的是，电荷 q 从 a 点移动到 b 点时电场力对其所做的功 (W_{_ab} ) 等于电荷 q 的电势能变化 (ΔEP)。因此，在上述公式中，ΔEP 可以用 W _{_ab}代替。

当物体位于地面以上一定高度时，它具有重力势能，地面被用作参考点。在这种情况下，地面的高度和地面上的重力势能都被设为零。与重力势能类似，当我们说某一点具有一定的电势时，必须使用另一点作为参考点，因为只能计算电势差。通常，地面或与地面相连的导体被选作参考点，导体上的电势或地面上的电势被设为零。因此，如果某一点的电压为12伏，则该点与地面之间的电势差为12伏。在一个6伏的电池中，正负极之间的电势差为6伏。由于电势差的单位是伏特，因此两点之间的电势差通常被称为电压。

上述电势差方程可以重新写成如下形式：

如果电荷 q 通过电势差 V_ab 那么势能的变化量为ΔEP。例如，如果2库仑的电荷通过12伏的电势差，则势能变化量为(2 C)(12 V) = 24焦耳。同样地，如果4库仑的电荷通过24伏的电势差，则势能变化量为(4 C)(24 V) = 96焦耳。

因此，势能变化量 (ΔEP) 与电荷量 (q) 和电压 (Vab ₎成正比。电荷量和/或电压越大，势能变化量也越大。势能与做功能力相关，因此，如果势能变化量大，做功能力也大。

上述电势差方程仍然具有普遍性。为了得到更详细的电势差方程，需要考虑均匀电场中的电势差和单个电荷产生的电势差。

均匀电场

均匀电场中两点之间的电势差，例如a点和b点之间的电势差，可以用以下公式计算：

描述：V _{_ab} = 两点间的电势差，E = 电场强度，s = 两点间的距离。

单次负载

可以用以下公式计算由单个电荷产生的电场引起的某一点的电势：

描述：V _ab = 两点间的电势差，k = 库仑常数，Q = 产生电场的单个电荷，r = 电荷 Q 与计算电势的点之间的距离。

电场与电势的关系

电场是矢量，而电势是标量。矢量包含方向，因此比标量更难计算。为了简化计算，我们使用一个方程来表示电场和电势之间的关系。
前面解释过的电势差方程可以改写如下：

从数学角度来看，功是力与位移的乘积，其中力是电荷与电场的乘积。功、力和位移之间的关系可以用以下公式表示：

将以上两个方程结合起来，可以得到如下的新方程：

描述：E = 电场，V _ab = 两点之间的电势差，例如 a 点和 b 点，d = 两点之间的距离。

电势差的单位是伏特，距离的单位是米，因此电场强度可以用伏特每米（V/m）为单位表示。
如果已知两点间的电势差和距离，就可以利用这个方程来确定（均匀）电场。根据该方程，电场强度与电势成正比，与距离成反比。这意味着电势越大，电场强度越大；距离越大，电场强度越小。