Elektrik potensialı, elektrostatika və fizikada əsas anlayışdır, elektrik sahələrinin yüklü cisimlərlə necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu başa düşmək üçün çox vacibdir. Bu dərs elektrik potensialı anlayışını, onun necə ölçüldüyünü və müxtəlif fiziki kontekstlərdə əhəmiyyətini araşdıracaq.
Elektrik potensialı, digər yüklərin olması səbəbindən elektrik sahəsinin müəyyən bir nöqtəsində vahid yükə düşən potensial enerjidir. Bu skalyar kəmiyyətdir, yəni onun böyüklüyü var, lakin istiqaməti yoxdur və voltla (V) ölçülür. Bir nöqtədəki elektrik potensialı (V) vahid müsbət yükün istinad nöqtəsindən (çox vaxt sonsuzluqda) heç bir sürətlənmədən həmin nöqtəyə köçürülməsi zamanı görülən iş (W) ilə müəyyən edilir.
Elektrik potensialının düsturu aşağıdakı kimi verilir:
\(V = \frac{W}{q}\)burada \(V\) elektrik potensialı, \(W\) joul ilə görülən iş və \(q\) kulon ilə yükdür.
Elektrik sahəsi, yüklü bir cismin ətrafındakı digər yüklərin qüvvəyə məruz qaldığı bir bölgədir. Elektrik potensialı və elektrik sahəsi (E) arasındakı əlaqə birbaşadır və aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:
\(E = -\nabla V\)Bu tənlik elektrik sahəsinin elektrik potensialının mənfi qradiyenti olduğunu göstərir. Daha sadə dillə desək, bu o deməkdir ki, elektrik sahəsi elektrik potensialının ən sürətlə azaldığı istiqamətə işarə edir.
Nöqtə yükündən \(Q\) məsafədə \(r\) \(V\) elektrik potensialı Coulomb qanunu ilə müəyyən edilir və aşağıdakı kimi verilir:
\(V = \frac{kQ}{r}\)burada \(k\) Kulon sabitidir (təxminən \(9 \times 10^9 N\cdot m^2/C^2\) ), \(Q\) yük, \(r\) isə şarjdan məsafə. Bu düstur potensialın nöqtə yükündən məsafəyə görə necə dəyişdiyini anlamağa kömək edir.
Ekvipotensial səthlər hər bir nöqtənin eyni elektrik potensialına malik olduğu xəyali səthlərdir. Bu səthlər elektrik sahə xətlərinə perpendikulyardır və elektrik sahələrini və potensiallarını vizuallaşdırmağa kömək edir. Tək nöqtəli yük vəziyyətində, ekvipotensial səthlər yükün ətrafında mərkəzləşmiş konsentrik kürələrdir.
Elektrik potensial enerjisi, yüklü bir cismin elektrik sahəsindəki mövqeyinə görə malik olduğu enerjidir. Bu tənliklə elektrik potensialı ilə əlaqələndirilir:
\(U = qV\)burada \(U\) elektrik potensial enerjisi, \(q\) yük və \(V\) elektrik potensialıdır. Bu, potensial enerji və elektrik potensialının bir-birinə necə bağlı olduğunu, potensial enerjinin yükün və onun potensialının məhsulu olduğunu vurğulayır.
Nümunə 1: Nöqtə yükündən elektrik potensialının hesablanması
Vakuumda yerləşdirilmiş \(2\times10^{-6}\) kulonluq nöqtə yükünü nəzərdən keçirək. Yükdən 1 metr məsafədə \(V\) elektrik potensialını tapmaq üçün:
\(V = \frac{kQ}{r} = \frac{9 \times 10^9 \cdot 2\times10^{-6}}{1} = 18 \, \textrm{volt}\)Bu hesablama potensialın yükdən məsafəyə və yükün özündən asılı olaraq necə dəyişdiyini göstərir.
Misal 2: Dipol ətrafında ekvipotensial səthləri başa düşmək
Elektrik dipolu müəyyən məsafə ilə ayrılmış iki bərabər və əks yükdən ibarətdir. Bir dipol ətrafındakı ekvipotensial səthlər konsentrik deyil, elektrik sahələrinin və potensialların yüklərin daha mürəkkəb düzülüşündə necə dəyişdiyini göstərən mürəkkəb nümunələr yaradır.
Elektrik potensialı həm fizikada, həm də müxtəlif texnoloji tətbiqlərdə təməl daşı anlayışıdır. Elektrik, maqnitizm və dövrə nəzəriyyəsi kimi hadisələri başa düşmək üçün çox vacibdir. Texnologiyada elektrik potensialı sadə sxemlərdən qabaqcıl hesablama sistemlərinə qədər elektrik və elektron cihazların layihələndirilməsi və təhlili üçün vacibdir.
Nəticə olaraq, elektrik potensialı elektrik sahələrinin yüklü hissəciklərə təsirini ölçmək üçün bir yol təqdim edir, elektrostatika və elektronikanın öyrənilməsi və tətbiqi üçün əsas vasitədir.
