Понятието за електрически потенциал ежна основа за теорията електростатиката и електродинамиката.збирането неговата същност е предпоставка за по-нататъшното изучаване тези клонове физиката.
Съдържание
Какво е електрически потенциал
Нека единичен заряд q бъде поставен в полето, създадено от неподвижен заряд Q, който се влияе от Сила Кулон F=k*Qq/r.
По-нататък k=((1/4)*π* ε* ε), където ε0 — е електрическата константа (8,85*10-12 F/m), и ε диелектрична проницаемост средата.
Представен от такса може се движи под действиетози сила и тя ще извърши някаквабота при това. Това означава, че система от два заряда има потенциална енергия, зависеща от големината двата заряда изстоянието между тях,то големинатази потенциална енергия не зависи от големината заряда q. Тук се въвежда определението за електрически потенциал - той евен отношението потенциалната енергия полето към големината заряда:
φ = W/q,
където W е потенциалната енергия полето, създадено от системата от заряди, а потенциалът е енергийнатарактеристика полето. За се премести заряд q в електрично поле определенозстояние, е необходимо се извърши определенабота, за се преодолее силата Кулон. Потенциалътдена точка евенботата, необходима за преместването единица заряд отзи точка до безкрайност. Трябва се отбележи, че:
- тазибота ще бъдевна загубата потенциална енергия заряда (A=W2-W1);
- работата не зависи от траекторията заряда.
В системата SI единицата за потенциал е един волт (в руската литература се означава с V, а в чуждестранната - с V). 1 V=1J/1Kl, т.е. можем говорим за потенциал точка от 1 волт, ако е необходимабота от 1 джаул, за се премести заряд от 1Kl до безкрайност. Името е избрано в чест италианския физик Алесандро Волта, който има значителен принос зазвитието електротехниката.
За си представимкво представлява потенциалът, той може се сравни с температурата две тела или с температурата, измерена взлични точки пространството. Температурата е мярка загряването обектите, а потенциалът е мярка за електрическия заряд.зва се, че едно тяло сегрява повече от друго; може сеже също, че едното тяло е по-заредено, а другото - по-малко. Тези тела иматзлични потенциали.
Стойността потенциала зависи от избора координатна система,ка че някои нива трябва се приемат за нулеви. При измерване температурата за референтна граница може се приеме температурата топящ се лед,пример. За потенциал обикновено се приема, че потенциалът безкрайно отдалечена точка е нула, но за някои приложения потенциалът земята или потенциалът един от изводите кондензаторпример може се приеме за нула.
Свойства потенциала
Някоижни свойства потенциала
- ако полето се генерира от няколко заряда, потенциалът вдена точка ще бъдевен алгебричната (като се вземе предвид знакът заряда) сума от потенциалите, генерирани от всеки от зарядите φ=φ1+φ2+φ3+φ4+φ5+...+φn;
- акозстоянията до зарядитекива, чемите заряди могат сезглеждатто точки, общият потенциал се изчислява по формулата φ=k*(q1/r1+q2/r2+q3/r3+...+qn/rn), където r езстоянието от съответния заряд до въпросната точка.
Ако полето се формира от електрически дипол (два свързани заряда с противоположен знак), потенциалът във всяка точка,зположеназстояние r от дипола, е φ=k*p*cosά/r2където:
- p е електрическотомо дипола,вно q*l, където l езстоянието между зарядите;
- r езстоянието до дипола;
- ά е ъгълът междумото дипола и векторадиуса r.
Ако точката лежи оста дипола, cosά=1 и φ=k*p/r2.
Потенциалназлика
Ако две точки имат определен потенциал и ако той не евен, сезва, че между двете точки съществува потенциалназлика. Между точките възниква потенциалназлика
- чийто потенциал се определя от заряди сзлични знаци;
- точка с потенциал от всеки знак заряд и точка с нулев потенциал
- точки с потенциал с еднакъв знак, нозлични по модул.
Това означава, че потенциалнатазлика не зависи от избора координатна система. Може сеправи аналогия с воднисейни,зположенизлични височини спрямо нивото земята (напр. морскотовнище).
Водата във всекисейн има определена потенциална енергия, но ако свържете двасейна с тръба, във всекисейн ще има поток от вода, който се определя немо отзмера тръбата, но и отзликата в потенциалните енергии в гравитационното поле Земята (т.е. отзликата във височината). В този случай абсолютната стойност потенциалните енергии няма значение.
По същиячин, ако свържете две точки сзличен потенциал с проводник, той ще пренася електрически токсе определя немо от съпротивлението проводника, но и от потенциалнатазлика (но не и от нейната абсолютна стойност). Продължавайки аналогията с водата, можемжем, че водата в горниясейн скоро ще свърши и ако не семери сила, която я върне обратногоре (например помпа), потокът ще спре много бързо.
Същото е и в електрическа верига - за се поддържа потенциалнатазлика определено ниво, е необходима сила, която пренася заряди (или по-скоро носители заряд) към точката сй-висок потенциал.зи сила серича електродвижеща сила и се съкращавато ЕМП. ЕМП могат бъдат отзлично естество - електрохимични, електромагнитни и др.
На практика от значение ей-вече потенциалнатазлика междучалната и крайната точка траекторията носителите заряд. В този случайзизлика серичапрежение и в SI се измерва във волтове.прежение от 1 волт може сеже, че полето извършваботата 1 джаул за преместване заряд от 1 кулон от една точка в друга, т.е. 1V=1J/1Kl, а J/Kl може бъде и единицата за измерване потенциалнатазлика.
Еквипотенциални повърхности
Ако потенциалът няколко точки е еднакъв и тези точки образуват повърхност,кава повърхност серича еквипотенциална.пример сфера, описана около електрически заряд, има това свойство, тъйто електрическото полемалява еднакво във всички посоки сзстоянието.
Всички точкизи повърхност имат една и съща потенциална енергия,ка че при преместването заряд върхукава сфера не се извършвабота. Еквипотенциалните повърхности системи от няколко заряда имат по-сложна форма, но притежават едно интересно свойство - те никога не се пресичат. Силовите линии електрическото поле винаги перпендикулярни повърхностите с еднакъв потенциал във всяка от точките им. Ако еквипотенциалната повърхнина се пресече свнина, се получава линиявни потенциали. Тя има същите свойствато еквипотенциалната повърхност. практика точките по повърхността проводник, поставен в електростатично поле,пример, имат еднакъв потенциал.
Следто стезбрали понятието потенциал и потенциалназлика, можете започнете изучавате повече електрически явления. Но не и преди това, защото беззбиране основните принципи и понятия няма е възможно задълбочите знанията си.
Свързани статии:
