Elektrik potansiyeli kavramı, elektrostatik ve elektrodinamik teorisinin önemli temellerinden biridir. Özünü anlamak, bu fizik dallarının daha fazla incelenmesi için gerekli bir koşuldur.
elektrik potansiyeli nedir
Sabit bir Q yükü tarafından oluşturulan alana bir birim yük q yerleştirilsin; Coulomb kuvveti F=k*Qq/r.
Burada ve altında k=((1/4)*π* ε* ε), nerede ε0 — elektrik sabiti (8.85*10-12 F/m), ε ise orta dielektrik sabiti.
Katkıda bulunan şarj bu kuvvetin etkisi altında hareket edebilir ve kuvvet belirli bir miktarda iş yapacaktır. Bu, iki yükten oluşan bir sistemin, her iki yükün büyüklüğüne ve aralarındaki mesafeye bağlı bir potansiyel enerjiye sahip olduğu ve bu potansiyel enerjinin büyüklüğünün, q yükünün büyüklüğüne bağlı olmadığı anlamına gelir. Burada elektrik potansiyelinin tanımı yapılır - alanın potansiyel enerjisinin yükün büyüklüğüne oranına eşittir:
φ=W/q,
burada W, yükler sistemi tarafından oluşturulan alanın potansiyel enerjisidir ve potansiyel, alanın enerji özelliğidir. Bir elektrik alanında bir q yükünü belirli bir mesafe boyunca hareket ettirmek için, Coulomb kuvvetlerinin üstesinden gelmek için belirli bir miktar iş harcamak gerekir. Bir noktanın potansiyeli, bir birim yükü bu noktadan sonsuza taşımak için harcanması gereken işe eşittir. Bunu yaparken şunlara dikkat edilmelidir:
- bu iş, yükün potansiyel enerjisindeki azalmaya eşit olacaktır (A=W2-W1);
- iş, yükün yörüngesine bağlı değildir.
SI sisteminde, potansiyel birimi bir Volt'tur (Rus edebiyatında, yabancı literatürde V harfi ile gösterilir - V). 1 V \u003d 1J / 1 C, yani, 1 C'lik bir yükü sonsuza taşımak için 1 Joule gerekiyorsa, 1 voltluk bir noktanın potansiyeli hakkında konuşabiliriz. İsim, elektrik mühendisliğinin gelişimine önemli katkılarda bulunan İtalyan fizikçi Alessandro Volta'nın onuruna seçildi.
Potansiyelin ne olduğunu görselleştirmek için, iki cismin sıcaklığıyla veya uzayda farklı noktalarda ölçülen sıcaklıkla karşılaştırılabilir. Sıcaklık, nesnelerin ısınmasının bir ölçüsüdür ve potansiyel, elektrik yükünün bir ölçüsüdür. Bir cismin diğerinden daha fazla ısındığı söylenir, bir cismin daha fazla, diğerinin daha az yüklendiği de söylenebilir. Bu bedenler farklı potansiyele sahiptir.
Potansiyelin değeri koordinat sisteminin seçimine bağlıdır, bu nedenle sıfır olarak alınması gereken bir seviye gereklidir. Örneğin sıcaklık ölçülürken, eriyen buzun sıcaklığı temel alınabilir.Potansiyel için, sonsuz uzak bir noktanın potansiyeli genellikle sıfır seviyesi olarak alınır, ancak bazı problemlerin çözümü için, örneğin, toprak potansiyeli veya kapasitör plakalarından birinin potansiyeli sıfır olarak kabul edilebilir.
Potansiyel Özellikler
Potansiyelin önemli özellikleri arasında aşağıdakilere dikkat edilmelidir:
- alan birkaç yük tarafından yaratılıyorsa, belirli bir noktadaki potansiyel, her bir yükün yarattığı potansiyellerin cebirsel toplamına (yükün işareti dikkate alınarak) eşit olacaktır φ=φ1+φ2+φ3+φ4+φ5+…+φn;
- Yüklerden uzaklıklar, yüklerin kendileri nokta yük olarak kabul edilebilecek şekilde ise, toplam potansiyel φ=k*(q formülü ile hesaplanır.1/r1+q2/r2+q3/r3+…+qn/rn), burada r, ilgili yükten sonra dikkate alınan noktanın uzaklığıdır.
Alan bir elektrik dipol (karşıt işaretli iki bağlı yük) tarafından oluşturulmuşsa, dipolden r uzaklıkta bulunan herhangi bir noktadaki potansiyel φ=k*p*cosά/r'ye eşit olacaktır.2, nerede:
- p, dipolün elektrik koludur, q*l'ye eşittir, burada l yükler arasındaki mesafedir;
- r, dipole olan mesafedir;
- ά dipol kolu ile yarıçap vektörü r arasındaki açıdır.
Nokta dipolün ekseni üzerindeyse, o zaman cosά=1 ve φ=k*p/r2.
Potansiyel fark
İki noktanın belirli bir potansiyeli varsa ve eşit değilse iki nokta arasında potansiyel farkı olduğunu söylerler. Potansiyel fark noktalar arasında oluşur:
- potansiyeli farklı işaretlerin yükleriyle belirlenen;
- herhangi bir işaretin yükünden potansiyeli olan bir nokta ve sıfır potansiyeli olan bir nokta;
- Aynı işaretin potansiyeline sahip, ancak mutlak değeri farklı olan noktalar.
Yani potansiyel fark koordinat sisteminin seçimine bağlı değildir.Sıfır işaretine göre (örneğin deniz seviyesi) farklı yüksekliklerde bulunan su havuzları ile bir benzetme yapılabilir.
Her havuzun suyunun belirli bir potansiyel enerjisi vardır, ancak herhangi iki havuzu bir tüple bağlarsanız, her birinde akış hızı yalnızca tüpün boyutuna göre belirlenmeyen bir su akışı olacaktır. , aynı zamanda Dünya'nın yerçekimi alanındaki potansiyel enerjilerdeki farkla (yani yükseklik farkıyla). Bu durumda potansiyel enerjilerin mutlak değeri önemli değildir.
Aynı şekilde farklı potansiyele sahip iki noktayı bir iletken ile birleştirirseniz akacaktır. elektrik, sadece iletkenin direnciyle değil, aynı zamanda potansiyel farkla (mutlak değerleriyle değil) belirlenir. Su ile analojiye devam edersek, üst havuzdaki suyun kısa sürede tükeneceğini ve suyu tekrar yukarı hareket ettirecek bir kuvvet (örneğin bir pompa) yoksa akışın çok hızlı bir şekilde duracağını söyleyebiliriz.
Yani bir elektrik devresinde - belirli bir seviyede potansiyel farkı korumak için, yükleri (daha doğrusu yük taşıyıcıları) en yüksek potansiyele sahip bir noktaya aktaran bir kuvvet gerekir. Bu kuvvete elektromotor kuvvet denir ve EMF olarak kısaltılır. EMF farklı bir yapıya sahip olabilir - elektrokimyasal, elektromanyetik vb.
Uygulamada, esas olarak önemli olan yük taşıyıcılarının yörüngesinin başlangıç ve son noktaları arasındaki potansiyel farktır. Bu durumda bu farka voltaj denir ve SI'da volt olarak da ölçülür.1 Coulomb'luk bir yükü bir noktadan diğerine taşırken alan 1 Joule çalışıyorsa, 1 Volt'luk bir voltaj hakkında konuşabiliriz, yani 1V \u003d 1J / 1C ve J / C ayrıca bir birim olabilir potansiyel fark.
eş potansiyel yüzeyler
Birkaç noktanın potansiyeli aynıysa ve bu noktalar bir yüzey oluşturuyorsa, böyle bir yüzeye eş potansiyel denir. Böyle bir özellik, örneğin, bir elektrik yükünün çevresinde çevrelenmiş bir küreye sahiptir, çünkü elektrik alanı, mesafe ile her yöne eşit olarak azalır.
Bu yüzeyin tüm noktaları aynı potansiyel enerjiye sahiptir, bu nedenle böyle bir küre üzerinde bir yük taşırken hiçbir iş harcanmayacaktır. Birkaç yükten oluşan sistemlerin eş potansiyel yüzeyleri daha karmaşık bir şekle sahiptir, ancak ilginç bir özelliği vardır - asla kesişmezler. Elektrik alanın kuvvet çizgileri, her bir noktasında aynı potansiyele sahip yüzeylere daima diktir. Eşpotansiyel yüzey bir düzlem tarafından kesilirse, eşit potansiyelli bir çizgi elde edilecektir. Eşpotansiyel yüzey ile aynı özelliklere sahiptir. Pratikte, örneğin, bir elektrostatik alana yerleştirilmiş bir iletkenin yüzeyindeki noktalar eşit potansiyele sahiptir.
Potansiyel ve potansiyel fark kavramını ele alarak, elektrik olaylarının daha ileri çalışmasına geçebilirsiniz. Ancak daha erken değil, çünkü temel ilke ve kavramları anlamadan bilgiyi derinleştirmek mümkün olmayacaktır.
Benzer makaleler:
