Potencjał elektryczny a energia potencjalna elektryczna
Potencjał elektryczny i elektryczna energia potencjalna to dwa bardzo cenne pojęcia w dziedzinie pól elektrycznych i teorii elektromagnetycznej. W tym artykule najpierw omówimy podstawy potencjału elektrycznego i potencjalnej energii elektrycznej, a następnie różnicę między nimi.
Jaki jest potencjał elektryczny?
Omawiając potencjał elektryczny, do interpretacji tego pojęcia wymagane jest jasne zrozumienie pola elektrycznego. Wszystkie ładunki elektryczne, czy to poruszające się, czy nieruchome, wytwarzają pole elektryczne. Pole elektryczne można również wytworzyć przy użyciu zmiennych w czasie pól magnetycznych. Istnieje kilka kluczowych czynników pól elektrycznych, które należy znać. Są to natężenie pola elektrycznego, potencjał pola elektrycznego i gęstość strumienia elektrycznego. Natężenie pola elektrycznego jest definiowane jako siła działająca na jednostkowy ładunek punktowy pola elektrycznego. Jest to określone wzorem E=Q/4πεr2; gdzie Q jest ładunkiem, ε jest przenikalnością elektryczną ośrodka, a r jest odległością punktu od ładunku punktu Q. Siła działająca na ładunek punktowy q umieszczony w tym punkcie jest równa F=Qq/4πεr2. Ponieważ q wynosi 1 kulomb, jest to również równe natężeniu pola elektrycznego. Potencjał elektryczny punktu jest definiowany jako energia wymagana do przeniesienia ładunku punktowego o wartości 1 kulomba z nieskończoności do punktu, w którym mierzony jest potencjał. Ta energia jest równa pracy wykonanej na ładunku podczas przenoszenia ładunku z nieskończoności do punktu. Jeśli oba ładunki są dodatnie, siła, która musi być przyłożona, aby przenieść ładunek testowy z nieskończoności do punktu, jest zawsze równa i przeciwna do siły odpychania między dwoma ładunkami. Całkując F od nieskończoności do r względem dr, otrzymujemy potencjał elektryczny (V) punktu, który wynosi Q/4πεr. Ponieważ r jest zawsze dodatnie, jeśli ładunek jest ujemny, potencjał elektryczny jest również ujemny. Jednostkami potencjału elektrycznego są dżul na kulomb. Statyczne pole elektryczne jest polem konserwatywnym. Dlatego potencjał elektryczny statycznego pola elektrycznego jest niezależny od drogi. Potencjał elektryczny takiego pola zależy tylko od położenia.
Co to jest potencjalna energia elektryczna?
Elektryczna energia potencjalna jest definiowana jako energia zmagazynowana dzięki potencjałowi elektrycznemu podczas pobierania ładunku z nieskończoności do danego punktu. Można zauważyć, że ponieważ potencjał elektryczny jest równy pracy wymaganej do doprowadzenia ładunku jednostkowego, energia potencjalna elektryczna jest iloczynem potencjału elektrycznego i wniesionego ładunku. Ponieważ energia potencjalna=Vq, jeśli V i q mają ten sam znak, co oznacza, że Q i q mają ten sam znak, energia potencjalna jest dodatnia. Do wniesienia opłaty wymagana jest praca zewnętrzna. Jeśli znaki są różne, energia potencjalna staje się ujemna. Oznacza to, że praca jest wykonywana z samego systemu.
Jaka jest różnica między potencjałem elektrycznym a potencjalną energią elektryczną?
• Potencjał elektryczny zależy tylko od ładunku, na którym mierzony jest potencjał. Elektryczna energia potencjalna zależy od obu ładunków.
• Potencjał elektryczny jest mierzony w woltach lub dżulach na kulomb. Elektryczna energia potencjalna jest mierzona w dżulach.
