Електричниот потенцијал, основен концепт во електростатиката и физиката, е од клучно значење за да се разбере како електричните полиња комуницираат со наелектризираните објекти. Оваа лекција ќе го истражи концептот на електричниот потенцијал, како се мери и неговото значење во различни физички контексти.
Електричниот потенцијал е потенцијална енергија по единица полнење во одредена точка во електричното поле, поради присуството на други полнежи. Тоа е скаларна величина, што значи дека има големина, но нема насока, и се мери во волти (V). Електричниот потенцијал (V) во точка се дефинира со работата (W) при поместување на единечно позитивно полнење од референтна точка (често во бесконечност) до таа точка, без никакво забрзување.
Формулата за електричен потенцијал е дадена со:
\(V = \frac{W}{q}\)каде \(V\) е електричниот потенцијал, \(W\) е работата направена во џули и \(q\) е полнењето во кулони.
Електричното поле е регион околу наелектризиран објект каде што другите полнежи доживуваат сила. Врската помеѓу електричниот потенцијал и електричното поле (E) е директна и може да се изрази како:
\(E = -\nabla V\)Оваа равенка покажува дека електричното поле е негативниот градиент на електричниот потенцијал. Поедноставно, тоа значи дека електричното поле покажува во насоката каде што електричниот потенцијал најбрзо се намалува.
Електричниот потенцијал \(V\) на растојание \(r\) од точкаст полнеж \(Q\) е одреден со Кулонов закон и е даден со:
\(V = \frac{kQ}{r}\)каде \(k\) е Кулоновата константа (приближно \(9 \times 10^9 N\cdot m^2/C^2\) ), \(Q\) е полнењето, а \(r\) е растојание од полнењето. Оваа формула помага да се разбере како потенцијалот варира со растојанието од точката полнење.
Еквипотенцијалните површини се замислени површини каде секоја точка има ист електричен потенцијал. Овие површини се нормални на линиите на електричното поле и помагаат да се визуелизираат електричните полиња и потенцијали. Во случај на полнење со една точка, еквипотенцијалните површини се концентрични сфери центрирани околу полнежот.
Електричната потенцијална енергија е енергијата што ја има наелектризираниот објект поради неговата положба во електричното поле. Тоа е поврзано со електричниот потенцијал со равенката:
\(U = qV\)каде \(U\) е електричната потенцијална енергија, \(q\) е полнењето и \(V\) е електричниот потенцијал. Ова нагласува како потенцијалната енергија и електричниот потенцијал се меѓусебно поврзани, при што потенцијалната енергија е производ на полнежот и неговиот потенцијал.
Пример 1: Пресметување на електричен потенцијал од точкачко полнење
Размислете за точка полнење од \(2\times10^{-6}\) кулони сместени во вакуум. За да го пронајдете електричниот потенцијал \(V\) 1 метар оддалеченост од полнењето:
\(V = \frac{kQ}{r} = \frac{9 \times 10^9 \cdot 2\times10^{-6}}{1} = 18 \, \textrm{волти}\)Оваа пресметка покажува како се менува потенцијалот со растојанието од полнежот и големината на самиот полнеж.
Пример 2: Разбирање на еквипотенцијални површини околу дипол
Електричниот дипол се состои од два еднакви и спротивни полнежи разделени со одредено растојание. Еквипотенцијалните површини околу дипол не се концентрични, туку формираат сложени обрасци, илустрирајќи како електричните полиња и потенцијали варираат во покомплицирани распореди на полнежи.
Електричниот потенцијал е концепт на камен-темелник и во физиката и во различни технолошки апликации. Тоа е од витално значење за разбирање на феномени како електрична енергија, магнетизам и теорија на кола. Во технологијата, електричниот потенцијал е од суштинско значење за дизајнирање и анализа на електрични и електронски уреди, почнувајќи од едноставни кола до напредни компјутерски системи.
Како заклучок, електричниот потенцијал нуди начин да се измери ефектот на електричните полиња врз наелектризираните честички, обезбедувајќи основна алатка во проучувањето и примената на електростатиката и електрониката.
