關於電位能的文章
在學習這個主題之前，首先要了解工作、保守力以及保守力與工作之間的關係。 潛在的能量， 電力 以及電場。
電場力是保守力。
除了萬有引力和彈簧力之外，保守力的另一個例子是電力。為了更好地理解為什麼電力被稱為保守力，請閱讀以下解釋。
如圖所示，假設有兩個帶電金屬板，左側金屬板帶正電，右側金屬板帶負電。連接兩個金屬板的箭頭表示從正電荷指向負電荷的電場線。正電荷靠近帶正電的金屬板。
電場的存在使得正電荷受到沿電場方向的電場力作用，從而使正電荷向右加速，朝向帶負電的極板運動。電場力的方向與電荷的運動方向一致，因此電場力對電荷做正功。數學上，電場力對正電荷所做的功為 W = F d = q E d，其中 W 為功，F 為電場力，d 為兩極板之間的距離，q 為正電荷量，E 為電場強度。
當正電荷到達帶負電板附近後，如果要使其返回到靠近帶負電板的原始位置，則需要外力作用。當正電荷向左靠近帶正電板時，電場力仍指向右側，因此電場力對電荷做負功。數學上，電場力對正電荷所做的功為 W = – F d = – q E d。
當正電荷向右移動，然後再次向左移動到其初始位置時，電場力對其所做的總功為 W = q<sub>E</sub>d – q<sub>E</sub>d = 0。如果物體在遠離其初始位置並返回其初始位置的過程中，所受力所做的淨功為零，則該力是保守力。基於以上解釋，可以得出結論：電場力是保守力。
電力和電位能
保守力所做的功與位能的變化有關。例如，萬有引力對物體所做的功會改變物體的引力位能。同樣，電力對電荷所做的功會改變電荷的電位能。
均勻電場中的正電荷
下面兩張圖展示了保守力做功引起位能變化的例子。圖中也以重力做功和重力位能變化的例子作為對比。
為了便於理解電力所做的功和電位能的變化。
左圖顯示一個物體自由下落。當物體位於最高點時，其重力位能最大。下落過程中，物體受到重力作用。重力方向與物體下墜方向相同，因此重力對物體做正功。物體加速下落時，高度降低，重力位能也隨之降低。當物體到達地面時，其重力位能最小。由此可見，重力對物體做正功，降低了物體的重力位能。重力位能並未消失，而是轉化為動能，這體現在物體下落速度的增加。
右圖顯示了靠近帶正電板的正電荷。當靠近帶正電板時，電位能達到最大值。兩板間存在的電場使得電荷在電場力的作用下從帶正電板加速到帶負電板。當電荷向右運動時，電場力也沿著電荷向右位移的方向，因此電場力做正功。在向右運動的過程中，電荷的動能增加，而電位能減少。
當電荷靠近帶負電荷的金屬板時，其電位能達到最小值。由此可知，電場力對電荷所做的正功會降低電荷的電位能。反之，如果將正電荷移回初始位置，則電荷的運動方向會向左改變，與向右的電場力方向相反。由於方向相反，電場力對正電荷做負功。當電荷向左移動時，其電位能會增加。因此，可以得出結論：電場力對電荷所做的負功會增加電荷的電位能。
均勻電場中的負電荷
與正電荷不同，負電荷在靠近帶負電的極板時具有最大電位能，在靠近帶正電的極板時具有最小電位能。電荷自然地從高電位區域向低電位區域移動，因此負電荷也從帶負電的極板向帶正電的極板移動。負電荷的位移方向向左，而電場力的方向向右，因此電場力對負電荷做負功。當負電荷向左移動時，其電位能降低，並在接近帶正電的極板時達到最小值。由此可見，電場力所做的負功降低了負電荷的電位能。電位能並沒有消失，而是轉化為動能，其特徵是電荷在向帶正電的極板移動時速度增加。
均勻電場中的電位能
當電荷處於某一特定位置時，其電位能的具體數值無法直接得知。但如果電荷從一個位置移動到另一個位置，則可以計算電荷電位能的變化。因此，真正有意義的是電位能的變化。當正電荷從高電位（帶正電的極板）移動到低電位（帶負電的極板）時，電位能的變化（ΔEP）是可以計算出來的。
相較之下，當芒果位於果柄上時，它具有重力勢能，但其數值無法得知。如果芒果在重力作用下加速落向地面，則可以透過公式 W = ΔEP = mgh 計算芒果重力位能的變化。
其中 m = 質量，g = 重力加速度，h = 芒果與地面之間的距離。
同樣，當電場力使電荷從一點加速到另一點時，電荷的電位能變化也是可以計算出來的。如前所述，如果正電荷從帶正電的極板移動到帶負電的極板，
電位能的變化可以用公式 W = ΔEP = q E d 計算，其中 q 為電荷量，E 為電場強度，d 為兩點之間的距離。同樣地，如果負電荷從帶負電的極板移動到帶正電的極板，則負電荷電位能的增加量也可以用公式 W = ΔEP = q E d 計算。
兩個點電荷的電位能
電位能的變化不僅發生在均勻電場中的電荷身上，也發生在單一電荷產生的電場中。假設有一個電荷 Q 產生電場，而另一個電荷 q 與電荷 Q 的距離為 r。
Q = 產生電場的電荷量
q = 在電荷 Q 產生的電場中位移的電荷量
d = r = 電荷 q 到電荷 Q 的距離。
如果兩個電荷的符號相同（正或負），則它們相互排斥或遠離，電勢能變化為正（電位增加）。這就像一個物體向上移動遠離地球，其高度和重力位能都增加一樣。相反，如果兩個電荷的符號不同，則它們相互吸引或靠近，電位變化為負（電位減少）。這就像一個物體向下運動靠近地球表面，其高度和重力位能都減少一樣。
電場力是一種保守力，因此電荷路徑的形狀不會影響電位能的變化。影響電位能變化值的是電荷的初始位置和最終位置。
接下來我們將學習電勢，以及與電位能密切相關的物理量。
