什麼是電位和兩點之間的電位差

電勢的概念是靜電學和電動力學理論的重要基礎之一。了解其本質是進一步研究這些物理部分的先決條件。

什麼是電勢

設一個單位電荷 q 被放置在一個固定電荷 Q 所產生的場中，在該場上 庫侖力 F=k*Qq/r。

以下 k=((1/4)*π* ε* ε)，其中 ε_{0 —} 是電常數（8.85*10^-12 F/m) 和 ε 介質的介電常數.

介紹人 收費 在這個力的作用下可以移動，並且這個力會做一些功。這意味著由兩個電荷組成的系統的勢能取決於兩個電荷的大小和它們之間的距離，而這個勢能的值不取決於電荷 q 的大小。這是引入電勢定義的地方：它等於場的勢能與電荷大小的比值：

φ=W/q，

其中 W 是由電荷系統產生的場的勢能，勢是場的能量特徵。為了使電荷 q 在電場中移動一段距離，需要花費一些功來克服庫侖力。一個點的電勢等於將一個單位電荷從該點移動到無窮遠所需的功。應當指出的是：

• 這個功等於電荷勢能的損失（A=W₂-W₁);
• 功不依賴於電荷的軌跡。

在 SI 系統中，電勢的單位是一伏特（俄語文獻中用 V 表示，外國文獻中用 V 表示）。 1 V=1J/1 Kl，也就是說，如果需要 1 焦耳的功將 1 Kl 的電荷移動到無窮大，我們可以討論 1 V 點的電勢。這個名字是為了紀念意大利物理學家亞歷山德羅·沃爾塔，他為電氣工程的發展做出了重大貢獻。

為了可視化潛力是什麼，可以將其與兩個物體的溫度或在空間中不同點測量的溫度進行比較。溫度是物體加熱的量度，電勢是電荷量的量度。據說一個物體比另一個物體更熱，也可以說一個物體帶電較多，而另一個物體帶電較少。這些身體有不同的潛力。

勢的值取決於坐標系的選擇，因此需要將某個水平設為零。例如，在測量溫度時，可能會將融冰的溫度作為參考邊界。對於電位，通常將無限遠點的電位取為零，但對於某些問題，例如，可以將大地的電位或電容器蓋之一的電位取為零。

電位的性質

電位的重要屬性如下：

• 如果該場由多個電荷產生，則特定點的電勢將等於每個電荷產生的電勢的代數（考慮電荷的符號）總和 φ=φ₁+φ₂+φ₃+φ₄+φ₅+...+φ_n;
• 如果與電荷的距離使得電荷本身可以被認為是點狀的，則總電位由公式 φ=k*(q₁/r₁+q₂/r₂+q₃/r₃+...+q_n/r_n)，其中 r 是從相應電荷到所討論點的距離。

如果該場由電偶極子（兩個符號相反的連接電荷）形成，則位於距偶極子距離 r 處的任何點的電勢將等於 φ=k*p*cosά/r²， 在哪裡：

• p 是偶極子的電臂，等於 q*l，其中 l 是電荷之間的距離；
• r 是到偶極子的距離；
• ά 是偶極臂與半徑矢量 r 之間的角度。

如果該點位於偶極軸上，則 cosά=1 和 φ=k*p/r².

潛在差異

如果兩點具有一定的電位，如果不相等，則稱兩點之間存在電位差。點之間出現電位差：

• 其潛力由不同符號的電荷決定；
• 一個具有任意符號電荷電位的點和一個電位為零的點；
• 具有等號勢的點，但模數不同。

也就是說，電位差不取決於坐標系的選擇。我們可以用相對於零標記（例如海平面）位於不同高度的水池進行類比。

每個水池的水都有一定的勢能，但是如果你用一根管子把任意兩個水池連接起來，那麼每個水池裡都會有水流，水流的大小不僅取決於管子的大小，而且還取決於地球引力場中的勢能差異（即高度差異）。在這種情況下，勢能的絕對值無關緊要。

同樣，如果將導體連接到具有不同電位的兩個點，它將攜帶 電流不僅由導體的電阻決定，還由電位差決定（但不是由它們的絕對值決定）。繼續水的類比，我們可以說上盆的水很快就會用完，如果沒有力量將水向上移動（例如泵），流動將很快停止。

在電路中也是如此：為了將電位差保持在一定水平，需要一種力將電荷（或者更確切地說，電荷載流子）傳輸到具有最高電位的點。這種力稱為電動勢，縮寫為 EMF。 EMF 可以具有不同的性質——電化學、電磁等。

在實踐中，重要的是電荷載流子軌蹟的起點和終點之間的電位差。在這種情況下，這種差異稱為電壓，在 SI 中也以伏特為單位。如果場在將 1 庫侖的電荷從一個點移動到另一個點時做了 1 焦耳的功，則可以說 1 伏特的電壓，即 1V=1J/1KL，J/KL 也可以是單位潛在差異。

等電位面

如果幾個點的電勢相同，並且這些點形成一個面，這樣的面稱為等勢面。例如，圍繞電荷的球體具有這種特性，因為電場在所有方向上隨著距離的增加而均勻減小。

這個表面上的所有點都具有相同的勢能，因此在這樣的球體上移動電荷時不會消耗任何功。多電荷系統的等勢面具有更複雜的形狀，但它們有一個有趣的特性：它們從不相交。電場力線總是垂直於在每個點處具有相同電位的表面。如果等勢面被平面剖開，你會得到一條等勢線。它具有與等勢面相同的性質。實際上，例如，放置在靜電場中的導體表面上的點具有相等的電位。

一旦了解了電位和電位差的概念，就可以開始進一步研究電現象。但不是以前，因為不了解基本原理和概念就不可能加深知識。

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