Konsep potensi elektrik merupakan salah satu asas penting bagi teori elektrostatik dan elektrodinamik. Memahami intipatinya adalah syarat yang diperlukan untuk kajian lanjut tentang cabang fizik ini.
Apakah potensi elektrik
Biarkan cas unit q diletakkan dalam medan yang dicipta oleh cas tetap Q, yang dipengaruhi oleh Daya Coulomb F=k*Qq/r.
Di sini dan di bawah k=((1/4)*π* ε* ε), di mana ε0 — pemalar elektrik (8.85*10-12 F/m), manakala ε ialah pemalar dielektrik sederhana.
disumbangkan caj di bawah tindakan daya ini, ia boleh bergerak, dan daya akan melakukan sejumlah kerja. Ini bermakna sistem dua cas mempunyai tenaga keupayaan yang bergantung pada magnitud kedua-dua cas dan jarak antara mereka, dan magnitud tenaga keupayaan ini tidak bergantung pada magnitud cas q. Di sini definisi potensi elektrik diperkenalkan - ia sama dengan nisbah tenaga potensi medan kepada magnitud cas:
φ=W/q,
di mana W ialah tenaga keupayaan medan yang dicipta oleh sistem cas, dan potensi ialah ciri tenaga medan. Untuk menggerakkan cas q dalam medan elektrik untuk jarak tertentu, adalah perlu untuk menghabiskan sejumlah kerja untuk mengatasi daya Coulomb. Potensi titik adalah sama dengan kerja yang mesti dibelanjakan untuk memindahkan cas unit dari titik ini ke infiniti. Dalam berbuat demikian, perlu diperhatikan bahawa:
- kerja ini akan sama dengan pengurangan tenaga keupayaan cas (A=W2-W1);
- kerja tidak bergantung pada trajektori caj.
Dalam sistem SI, unit potensi adalah satu Volt (dalam kesusasteraan Rusia ia dilambangkan dengan huruf V, dalam kesusasteraan asing - V). 1 V \u003d 1J / 1 C, iaitu, kita boleh bercakap tentang potensi titik 1 volt, jika diperlukan 1 Joule untuk memindahkan caj 1 C ke infiniti. Nama itu dipilih sebagai penghormatan kepada ahli fizik Itali Alessandro Volta, yang memberi sumbangan besar kepada pembangunan kejuruteraan elektrik.
Untuk menggambarkan potensi, ia boleh dibandingkan dengan suhu dua jasad atau suhu yang diukur pada titik yang berbeza di angkasa. Suhu ialah ukuran pemanasan objek, dan potensi ialah ukuran cas elektrik. Dikatakan satu badan dipanaskan lebih daripada yang lain, boleh juga dikatakan satu badan dicas lebih dan satu lagi kurang. Badan-badan ini mempunyai potensi yang berbeza.
Nilai potensi bergantung pada pilihan sistem koordinat, jadi beberapa tahap diperlukan, yang mesti diambil sebagai sifar. Apabila mengukur suhu, sebagai contoh, suhu ais cair boleh diambil sebagai garis dasar.Untuk potensi, potensi titik yang jauh tidak terhingga biasanya diambil sebagai tahap sifar, tetapi untuk menyelesaikan beberapa masalah, sebagai contoh, potensi tanah atau potensi salah satu plat kapasitor boleh dianggap sebagai sifar.
Harta Berpotensi
Di antara sifat-sifat penting potensi, yang berikut harus diperhatikan:
- jika medan dicipta oleh beberapa cas, maka potensi pada titik tertentu akan sama dengan algebra (dengan mengambil kira tanda cas) jumlah potensi yang dicipta oleh setiap cas φ=φ1+φ2+φ3+φ4+φ5+…+φn;
- jika jarak dari caj adalah sedemikian rupa sehingga caj itu sendiri boleh dianggap sebagai caj titik, maka jumlah potensi dikira dengan formula φ=k*(q1/r1+q2/r2+q3/r3+…+qn/rn), dengan r ialah jarak dari cas yang sepadan kemudian dari titik yang dipertimbangkan.
Jika medan dibentuk oleh dipol elektrik (dua cas bersambung tanda bertentangan), maka potensi pada mana-mana titik yang terletak pada jarak r dari dipol akan sama dengan φ=k*p*cosά/r2, di mana:
- p ialah lengan elektrik bagi dipol, sama dengan q*l, dengan l ialah jarak antara cas;
- r ialah jarak ke dipol;
- ά ialah sudut antara lengan dipol dan vektor jejari r.
Jika titik terletak pada paksi dipol, maka cosά=1 dan φ=k*p/r2.
Perbezaan potensi
Jika dua titik mempunyai potensi tertentu, dan jika mereka tidak sama, maka mereka mengatakan bahawa terdapat perbezaan potensi antara dua titik. Perbezaan potensi berlaku antara titik:
- yang potensinya ditentukan oleh caj tanda yang berbeza;
- titik dengan potensi daripada caj sebarang tanda dan titik dengan potensi sifar;
- titik yang mempunyai potensi tanda yang sama, tetapi berbeza dalam nilai mutlak.
Iaitu, beza keupayaan tidak bergantung kepada pilihan sistem koordinat.Analogi boleh dibuat dengan kolam air yang terletak pada ketinggian yang berbeza berbanding dengan tanda sifar (contohnya, paras laut).
Air setiap kolam mempunyai tenaga berpotensi tertentu, tetapi jika anda menyambungkan mana-mana dua kolam dengan tiub, maka di dalamnya akan ada aliran air, yang kadar alirannya ditentukan bukan sahaja oleh saiz tiub. , tetapi juga dengan perbezaan tenaga berpotensi dalam medan graviti Bumi (iaitu, perbezaan ketinggian). Nilai mutlak tenaga berpotensi tidak penting dalam kes ini.
Dengan cara yang sama, jika anda menyambungkan dua titik dengan potensi yang berbeza dengan konduktor, ia akan mengalir elektrik, ditentukan bukan sahaja oleh rintangan konduktor, tetapi juga oleh perbezaan potensi (tetapi bukan oleh nilai mutlaknya). Meneruskan analogi dengan air, kita boleh mengatakan bahawa air di kolam atas akan segera habis, dan jika tidak ada daya yang akan menggerakkan air kembali (contohnya, pam), maka aliran akan berhenti dengan cepat.
Begitu juga dalam litar elektrik - untuk mengekalkan perbezaan potensi pada tahap tertentu, daya diperlukan yang memindahkan cas (lebih tepat, pembawa cas) ke titik dengan potensi tertinggi. Daya ini dipanggil daya gerak elektrik dan disingkatkan sebagai EMF. EMF boleh mempunyai sifat yang berbeza - elektrokimia, elektromagnet, dsb.
Dalam praktiknya, perbezaan potensi antara titik awal dan akhir trajektori pembawa cas yang penting. Dalam kes ini, perbezaan ini dipanggil voltan, dan dalam SI ia juga diukur dalam volt.Kita boleh bercakap tentang voltan 1 Volt jika medan melakukan kerja 1 Joule apabila memindahkan cas 1 Coulomb dari satu titik ke titik lain, iaitu, 1V \u003d 1J / 1C, dan J / C juga boleh menjadi unit perbezaan potensi.
Permukaan ekuipotensi
Jika potensi beberapa titik adalah sama, dan titik-titik ini membentuk permukaan, maka permukaan sedemikian dipanggil ekuipotensi. Sifat sedemikian mempunyai, sebagai contoh, sfera yang dihadkan di sekeliling cas elektrik, kerana medan elektrik berkurangan dengan jarak yang sama dalam semua arah.
Semua titik permukaan ini mempunyai tenaga potensi yang sama, jadi apabila menggerakkan cas ke atas sfera sedemikian, tiada kerja akan dibelanjakan. Permukaan equipotential sistem beberapa cas mempunyai bentuk yang lebih kompleks, tetapi mereka mempunyai satu sifat yang menarik - mereka tidak pernah bersilang. Garisan daya medan elektrik sentiasa berserenjang dengan permukaan yang mempunyai potensi yang sama pada setiap titiknya. Jika permukaan equipotential dipotong oleh satah, garisan potensi yang sama akan diperolehi. Ia mempunyai sifat yang sama dengan permukaan yang sama. Dalam amalan, sebagai contoh, titik pada permukaan konduktor yang diletakkan dalam medan elektrostatik mempunyai potensi yang sama.
Setelah menangani konsep potensi dan perbezaan potensi, anda boleh meneruskan kajian lanjut tentang fenomena elektrik. Tetapi tidak lebih awal, kerana tanpa memahami prinsip dan konsep asas, tidak mungkin untuk mendalami ilmu.
Artikel yang serupa:
