Potencjał elektryczny a energia potencjalna
Potencjał elektryczny i energia potencjalna to dwa bardzo cenne pojęcia z zakresu pól elektrycznych i teorii elektromagnetycznej. W tym artykule omówimy najpierw podstawy potencjału elektrycznego i potencjalnej energii elektrycznej, a następnie różnicę między nimi.
Co to jest potencjał elektryczny?
Omawiając potencjał elektryczny, do interpretacji tego terminu wymagane jest jasne zrozumienie pola elektrycznego. Wszystkie ładunki elektryczne, niezależnie od tego, czy są w ruchu, czy nie, wytwarzają pole elektryczne. Pole elektryczne może być również wytwarzane przy użyciu zmieniających się w czasie pól magnetycznych. Istnieje kilka kluczowych czynników związanych z polem elektrycznym, o których warto wiedzieć. Są to natężenie pola elektrycznego, potencjał pola elektrycznego i gęstość strumienia elektrycznego. Intensywność pola elektrycznego definiuje się jako siłę działającą na jednostkowy ładunek punktowy z pola elektrycznego. Jest to określone wzorem E = Q / 4πεr 2; gdzie Q jest ładunkiem, ε jest przenikalnością elektryczną ośrodka, a r jest odległością punktu od ładunku 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 definiuje się jako energię potrzebną do doprowadzenia 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, którą należy przyłożyć, aby przenieść ładunek testowy od nieskończoności do punktu, jest zawsze równa i przeciwrównoległa do siły odpychania między dwoma ładunkami. Całkując F, od nieskończoności do r, w odniesieniu do dr, otrzymujemy potencjał elektryczny (V) punktu,czyli Q / 4πεr. Ponieważ r jest zawsze dodatnie, jeśli ładunek jest ujemny, potencjał elektryczny jest również ujemny. Jednostkami potencjału elektrycznego są dżule na kulomb. Statyczne pole elektryczne jest polem zachowawczym. Dlatego potencjał elektryczny statycznego pola elektrycznego jest niezależny od ścieżki. Potencjał elektryczny takiego pola zależy tylko od położenia.
Co to jest elektryczna energia potencjalna?
Elektryczną energię potencjalną definiuje się jako energię zmagazynowaną ze względu na potencjał elektryczny podczas pobierania ładunku od nieskończoności do danego punktu. Można zauważyć, że ponieważ potencjał elektryczny jest równy pracy potrzebnej do doprowadzenia ładunku jednostkowego, energia potencjalna elektryczna jest iloczynem potencjału elektrycznego i ładunku, który jest przyniesiony. Ponieważ energia potencjalna = V * q, jeśli zarówno V, jak 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 elektryczną energią potencjalną a elektryczną energią potencjalną?
• Potencjał elektryczny jest zależny tylko od ładunku, który jest mierzony. Potencjalna energia elektryczna zależy od obu ładunków.
• Potencjał elektryczny jest mierzony w woltach lub dżulach na kulomb. Elektryczną energię potencjalną mierzy się w dżulach.
