Шта је потенцијал и потенцијална разлика између две тачке

Концепт електричног потенцијала је један од важних темеља теорије електростатике и електродинамике. Разумевање његове суштине је неопходан услов за даље проучавање ових грана физике.

Шта је електрични потенцијал

Нека је јединично наелектрисање к постављено у поље које ствара фиксно наелектрисање К, на које утиче Кулонова сила Ф=к*Кк/р.

Овде и испод к=((1/4)*π* ε* ε), где је ε_{0 —} електрична константа (8,85*10^-12 Ф/м), док је ε средња диелектрична константа.

Допринели напунити под дејством ове силе може да се креће, а сила ће извршити одређени рад. То значи да систем од два наелектрисања има потенцијалну енергију која зависи од величине оба наелектрисања и удаљености између њих, а величина ове потенцијалне енергије не зависи од величине наелектрисања к. Овде се уводи дефиниција електричног потенцијала - једнак је односу потенцијалне енергије поља и величине наелектрисања:

φ=В/к,

где је В потенцијална енергија поља створеног системом наелектрисања, а потенцијал је енергетска карактеристика поља. Да би се наелектрисање к померило у електричном пољу на одређено растојање, потребно је уложити одређену количину рада да би се савладале Кулонове силе. Потенцијал тачке је једнак раду који се мора утрошити да се јединични набој помери из ове тачке у бесконачност. При томе треба напоменути да:

• овај рад ће бити једнак смањењу потенцијалне енергије наелектрисања (А=В₂-В₁);
• рад не зависи од путање наелектрисања.

У систему СИ, јединица потенцијала је један Волт (у руској литератури се означава словом В, у страној литератури - В). 1 В \у003д 1Ј / 1 Ц, односно можемо говорити о потенцијалу тачке од 1 волта, ако је потребно 1 Јоуле да помери наелектрисање од 1 Ц до бесконачности. Име је изабрано у част италијанског физичара Алесандра Волте, који је дао значајан допринос развоју електротехнике.

Да бисмо визуализовали шта је потенцијал, може се упоредити са температуром два тела или температуром измереном у различитим тачкама у свемиру. Температура је мера загревања објеката, а потенцијал је мера електричног набоја. Каже се да се једно тело загрева више од другог, може се рећи и да је једно тело наелектрисано више, а друго мање. Ова тела имају различите потенцијале.

Вредност потенцијала зависи од избора координатног система, па је потребан неки ниво који се мора узети као нула. Приликом мерења температуре, на пример, температура топљења леда може се узети као основна линија.За потенцијал се потенцијал бесконачно удаљене тачке обично узима као нулти ниво, али за решавање неких проблема, на пример, потенцијал земље или потенцијал једне од плоча кондензатора може се сматрати нулом.

Потенцијална својства

Међу важним својствима потенцијала треба истаћи следеће:

• ако поље ствара више наелектрисања, тада ће потенцијал у одређеној тачки бити једнак алгебарском (узимајући у обзир знак наелектрисања) збиру потенцијала створених сваким од наелектрисања φ=φ₁+φ₂+φ₃+φ₄+φ₅+…+φ_н;
• ако су растојања од наелектрисања таква да се сама наелектрисања могу сматрати тачкастим, онда се укупан потенцијал израчунава по формули φ=к*(к₁/р₁+к₂/р₂+к₃/р₃+…+к_н/р_н), где је р растојање од одговарајућег наелектрисања тада разматране тачке.

Ако поље формира електрични дипол (два повезана наелектрисања супротног предзнака), онда ће потенцијал у било којој тачки која се налази на удаљености р од дипола бити једнак φ=к*п*цосα/р², где:

• п је електрични крак дипола, једнак к*л, где је л растојање између наелектрисања;
• р је растојање до дипола;
• α је угао између крака дипола и радијус вектора р.

Ако тачка лежи на оси дипола, онда је цосα=1 и φ=к*п/р².

Разлика потенцијала

Ако две тачке имају одређени потенцијал, а ако нису једнаке, онда кажу да постоји разлика потенцијала између две тачке. Разлика потенцијала се јавља између тачака:

• чији је потенцијал одређен наелектрисањем различитих знакова;
• тачка са потенцијалом од наелектрисања било ког знака и тачка са нултим потенцијалом;
• тачке које имају потенцијал истог знака, али се разликују по апсолутној вредности.

То јест, разлика потенцијала не зависи од избора координатног система.Може се повући аналогија са базенима воде који се налазе на различитим висинама у односу на нулту ознаку (на пример, ниво мора).

Вода сваког базена има одређену потенцијалну енергију, али ако било која два базена повежете цевчицом, онда ће у сваком од њих постојати проток воде, чији је проток одређен не само величином цеви. , али и разликом потенцијалних енергија у гравитационом пољу Земље (односно висинском разликом). Апсолутна вредност потенцијалних енергија у овом случају није битна.

На исти начин, ако спојите две тачке са различитим потенцијалом проводником, он ће тећи електрична енергија, одређен не само отпором проводника, већ и разликом потенцијала (али не и њиховом апсолутном вредношћу). Настављајући аналогију са водом, можемо рећи да ће вода у горњем базену ускоро нестати, а ако не постоји сила која ће померити воду назад (на пример, пумпа), онда ће проток врло брзо престати.

Тако је и у електричном колу – да би се одржала разлика потенцијала на одређеном нивоу потребна је сила која преноси наелектрисања (тачније, носиоце наелектрисања) до тачке са највећим потенцијалом. Ова сила се назива електромоторна сила и скраћено је ЕМФ. ЕМФ може бити различите природе - електрохемијске, електромагнетне итд.

У пракси је углавном битна разлика потенцијала између почетне и крајње тачке путање носиоца наелектрисања. У овом случају, ова разлика се назива напон, а у СИ се такође мери у волтима.Можемо говорити о напону од 1 волт ако поље ради од 1 џула када помера наелектрисање од 1 кулона из једне тачке у другу, односно 1В = 1Ј / 1Ц, а Ј / Ц такође може бити јединица разлика потенцијала.

Еквипотенцијалне површине

Ако је потенцијал више тачака исти, а ове тачке чине површину, онда се таква површина назива еквипотенцијална. Такво својство има, на пример, сфера описана око електричног набоја, јер се електрично поље смањује са растојањем подједнако у свим правцима.

Све тачке ове површине имају исту потенцијалну енергију, тако да при померању наелектрисања преко такве сфере неће се трошити никакав рад. Еквипотенцијалне површине система са више наелектрисања имају сложенији облик, али имају једно занимљиво својство - никада се не секу. Линије силе електричног поља су увек управне на површине са истим потенцијалом у свакој њиховој тачки. Ако се еквипотенцијална површина пресече равним, добиће се линија једнаких потенцијала. Има иста својства као и еквипотенцијална површина. У пракси, на пример, тачке на површини проводника смештене у електростатичко поље имају једнак потенцијал.

Након што сте се бавили концептом потенцијала и потенцијалне разлике, можете прећи на даље проучавање електричних појава. Али не раније, јер без разумевања основних принципа и концепата неће бити могуће продубити знање.

Слични чланци: