Ang konsepto ng electric potential ay isa sa mahahalagang pundasyon ng teorya ng electrostatics at electrodynamics. Ang pag-unawa sa kakanyahan nito ay isang kinakailangang kondisyon para sa karagdagang pag-aaral ng mga sangay ng pisika.
Nilalaman
Ano ang potensyal ng kuryente
Hayaang ilagay ang isang unit charge q sa field na nilikha ng isang fixed charge Q, na apektado ng Puwersa ng Coulomb F=k*Qq/r.
Dito at sa ibaba k=((1/4)*π* ε* ε), kung saan ε0 — de-koryenteng pare-pareho (8.85*10-12 F/m), habang ang ε ay katamtamang dielectric na pare-pareho.
Nag-ambag singilin sa ilalim ng pagkilos ng puwersang ito, maaari itong gumalaw, at ang puwersa ay gagawa ng isang tiyak na dami ng trabaho. Nangangahulugan ito na ang isang sistema ng dalawang singil ay may potensyal na enerhiya na nakasalalay sa magnitude ng parehong mga singil at ang distansya sa pagitan ng mga ito, at ang magnitude ng potensyal na enerhiya na ito ay hindi nakasalalay sa magnitude ng singil q. Narito ang kahulugan ng potensyal na kuryente ay ipinakilala - ito ay katumbas ng ratio ng potensyal na enerhiya ng patlang sa magnitude ng singil:
φ=W/q,
kung saan ang W ay ang potensyal na enerhiya ng patlang na nilikha ng sistema ng mga singil, at ang potensyal ay ang katangian ng enerhiya ng patlang. Upang ilipat ang isang singil q sa isang electric field sa ilang distansya, kinakailangan na gumastos ng isang tiyak na halaga ng trabaho upang madaig ang mga puwersa ng Coulomb. Ang potensyal ng isang punto ay katumbas ng trabaho na dapat gastusin upang ilipat ang isang unit charge mula sa puntong ito patungo sa infinity. Sa paggawa nito, dapat tandaan na:
- ang gawaing ito ay magiging katumbas ng pagbaba sa potensyal na enerhiya ng singil (A=W2-W1);
- ang trabaho ay hindi nakasalalay sa trajectory ng singil.
Sa sistema ng SI, ang yunit ng potensyal ay isang Volt (sa panitikang Ruso ito ay tinutukoy ng titik V, sa banyagang panitikan - V). 1 V \u003d 1J / 1 C, iyon ay, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa potensyal ng isang punto ng 1 volt, kung kinakailangan ng 1 Joule upang ilipat ang isang singil ng 1 C hanggang sa kawalang-hanggan. Ang pangalan ay pinili bilang parangal sa Italyano physicist na si Alessandro Volta, na gumawa ng isang makabuluhang kontribusyon sa pag-unlad ng electrical engineering.
Upang mailarawan kung ano ang isang potensyal, maaari itong ihambing sa temperatura ng dalawang katawan o ang temperatura na sinusukat sa magkaibang mga punto sa kalawakan. Ang temperatura ay isang sukatan ng pag-init ng mga bagay, at ang potensyal ay isang sukatan ng singil sa kuryente. Mas pinainit daw ang isang katawan kaysa sa iba, masasabi rin na mas malaki ang singil sa isang katawan at mas mababa ang isa. Ang mga katawan na ito ay may iba't ibang potensyal.
Ang halaga ng potensyal ay nakasalalay sa pagpili ng sistema ng coordinate, kaya kinakailangan ang ilang antas, na dapat kunin bilang zero. Kapag sinusukat ang temperatura, halimbawa, ang temperatura ng natutunaw na yelo ay maaaring kunin bilang baseline.Para sa potensyal, ang potensyal ng isang walang katapusang malayong punto ay karaniwang kinukuha bilang antas ng zero, ngunit para sa paglutas ng ilang mga problema, halimbawa, ang potensyal ng lupa o ang potensyal ng isa sa mga capacitor plate ay maaaring ituring na zero.
Mga Potensyal na Katangian
Kabilang sa mga mahahalagang katangian ng potensyal, ang mga sumusunod ay dapat tandaan:
- kung ang patlang ay nilikha ng maraming pagsingil, kung gayon ang potensyal sa isang partikular na punto ay magiging katumbas ng algebraic (isinasaalang-alang ang tanda ng singil) kabuuan ng mga potensyal na nilikha ng bawat isa sa mga singil φ=φ1+φ2+φ3+φ4+φ5+…+φn;
- kung ang mga distansya mula sa mga singil ay tulad na ang mga singil mismo ay maaaring ituring bilang mga singil sa punto, kung gayon ang kabuuang potensyal ay kinakalkula ng formula φ=k*(q1/r1+q2/r2+q3/r3+…+qn/rn), kung saan ang r ay ang distansya mula sa kaukulang singil pagkatapos ng itinuturing na punto.
Kung ang patlang ay nabuo sa pamamagitan ng isang electric dipole (dalawang konektadong singil ng magkasalungat na palatandaan), kung gayon ang potensyal sa anumang punto na matatagpuan sa layo r mula sa dipole ay magiging katumbas ng φ=k*p*cosά/r2, kung saan:
- p ay ang electric arm ng dipole, katumbas ng q*l, kung saan l ay ang distansya sa pagitan ng mga singil;
- r ay ang distansya sa dipole;
- Ang ά ay ang anggulo sa pagitan ng dipole arm at ng radius vector r.
Kung ang punto ay nasa axis ng dipole, kung gayon ang cosά=1 at φ=k*p/r2.
Potensyal na pagkakaiba
Kung ang dalawang puntos ay may tiyak na potensyal, at kung hindi sila pantay, sasabihin nila na mayroong potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang puntos. Ang potensyal na pagkakaiba ay nangyayari sa pagitan ng mga puntos:
- na ang potensyal ay tinutukoy ng mga singil ng iba't ibang mga palatandaan;
- isang punto na may potensyal mula sa isang singil ng anumang palatandaan at isang punto na may zero na potensyal;
- mga puntos na may potensyal ng parehong tanda, ngunit naiiba sa ganap na halaga.
Iyon ay, ang potensyal na pagkakaiba ay hindi nakasalalay sa pagpili ng coordinate system.Ang isang pagkakatulad ay maaaring iguguhit sa mga pool ng tubig na matatagpuan sa iba't ibang taas na may kaugnayan sa zero mark (halimbawa, antas ng dagat).
Ang tubig ng bawat pool ay may isang tiyak na potensyal na enerhiya, ngunit kung ikinonekta mo ang anumang dalawang pool na may isang tubo, pagkatapos ay sa bawat isa sa kanila ay magkakaroon ng daloy ng tubig, ang daloy ng rate na kung saan ay tinutukoy hindi lamang sa laki ng tubo. , ngunit din sa pagkakaiba sa mga potensyal na enerhiya sa gravitational field ng Earth (iyon ay, ang pagkakaiba sa taas). Ang ganap na halaga ng mga potensyal na enerhiya ay hindi mahalaga sa kasong ito.
Sa parehong paraan, kung ikinonekta mo ang dalawang punto na may magkaibang potensyal sa isang konduktor, dadaloy ito kuryente, na tinutukoy hindi lamang ng paglaban ng konduktor, kundi pati na rin ng potensyal na pagkakaiba (ngunit hindi sa kanilang ganap na halaga). Sa pagpapatuloy ng pagkakatulad sa tubig, maaari nating sabihin na ang tubig sa itaas na pool ay malapit nang maubusan, at kung walang puwersa na magpapabalik sa tubig (halimbawa, isang bomba), kung gayon ang daloy ay hihinto nang napakabilis.
Kaya ito ay nasa isang electric circuit - upang mapanatili ang isang potensyal na pagkakaiba sa isang tiyak na antas, kinakailangan ang isang puwersa na naglilipat ng mga singil (mas tiyak, mga carrier ng singil) sa isang punto na may pinakamataas na potensyal. Ang puwersang ito ay tinatawag na electromotive force at dinaglat bilang EMF. Ang EMF ay maaaring may ibang kalikasan - electrochemical, electromagnetic, atbp.
Sa pagsasagawa, higit sa lahat ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng paunang at panghuling punto ng tilapon ng mga carrier ng singil ang mahalaga. Sa kasong ito, ang pagkakaiba na ito ay tinatawag na boltahe, at sa SI ito ay sinusukat din sa volts.Maaari nating pag-usapan ang tungkol sa isang boltahe ng 1 Volt kung ang patlang ay gumagana ng 1 Joule kapag naglilipat ng singil ng 1 Coulomb mula sa isang punto patungo sa isa pa, iyon ay, 1V \u003d 1J / 1C, at J / C ay maaari ding maging isang yunit ng potensyal na pagkakaiba.
Mga equipotential na ibabaw
Kung ang potensyal ng ilang mga punto ay pareho, at ang mga puntong ito ay bumubuo ng isang ibabaw, kung gayon ang naturang ibabaw ay tinatawag na equipotential. Ang nasabing ari-arian ay, halimbawa, isang sphere na nakapaligid sa isang electric charge, dahil ang electric field ay bumababa nang pantay-pantay ang distansya sa lahat ng direksyon.
Ang lahat ng mga punto ng ibabaw na ito ay may parehong potensyal na enerhiya, kaya kapag gumagalaw ang isang singil sa naturang globo, walang trabaho ang gagastusin. Ang mga equipotential na ibabaw ng mga system ng ilang mga singil ay may mas kumplikadong hugis, ngunit mayroon silang isang kawili-wiling pag-aari - hindi sila kailanman nagsalubong. Ang mga linya ng puwersa ng electric field ay palaging patayo sa mga ibabaw na may parehong potensyal sa bawat isa sa kanilang mga punto. Kung ang equipotential na ibabaw ay pinutol ng isang eroplano, isang linya ng pantay na potensyal ang makukuha. Ito ay may parehong mga katangian bilang isang equipotential ibabaw. Sa pagsasagawa, halimbawa, ang mga punto sa ibabaw ng isang konduktor na inilagay sa isang electrostatic field ay may pantay na potensyal.
Ang pagkakaroon ng pakikitungo sa konsepto ng potensyal at potensyal na pagkakaiba, maaari kang magpatuloy sa karagdagang pag-aaral ng mga electrical phenomena. Ngunit hindi mas maaga, dahil kung walang pag-unawa sa mga pangunahing prinsipyo at konsepto, hindi posible na palalimin ang kaalaman.
Mga katulad na artikulo:
