Ηλεκτρική δυναμική φόρτιση

Για να κατανοήσει κανείς τι είναι το ηλεκτρικό δυναμικό, πρέπει πρώτα να γνωρίζει τι είναι ηλεκτρική δυναμική ενέργεια. Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια είναι το αρνητικό του έργου που εκτελεί μια ηλεκτρική δύναμη για να μετακινήσει ένα αντικείμενο από το ένα σημείο στο άλλο. Με απλούς όρους, είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να κινηθεί ένα αντικείμενο ενάντια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ένα βαθμωτό μέγεθος που βοηθά στην κατανόηση της κίνησης του φορτίου από την άποψη της ενέργειας. Τα δύο στοιχεία που δίνουν σε ένα αντικείμενο την ηλεκτρική του δυναμική ενέργεια είναι το φορτίο που περιέχει και η σχετική του θέση σε σχέση με άλλες ηλεκτρικά φορτισμένες ουσίες.

Ηλεκτρικό δυναμικό

Το ηλεκτρικό δυναμικό υπολογίζεται διαιρώντας την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια με την ποσότητα φορτίου. Το ηλεκτρικό δυναμικό, που αναφέρεται επίσης ως ηλεκτροστατικό δυναμικό, είναι το ποσό της ενέργειας εργασίας που απαιτείται για τη μεταφορά ενός μοναδιαίου ηλεκτρικού φορτίου από ένα σημείο αναφοράς σε ένα δεδομένο μέρος.

Το ηλεκτρικό δυναμικό καθορίζεται από δύο παράγοντες:

Το ηλεκτρικό φορτίο που δημιουργείται από το αντικείμενο

Η θέση του αντικειμένου σε σχέση με άλλα ηλεκτρικά φορτισμένα αντικείμενα.

Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, στην ουσία, καθορίζεται από το ηλεκτρικό δυναμικό. Δεν έχει σημασία εάν εισάγεται φορτίο ή όχι στο ηλεκτρικό πεδίο.

Η εργασία που γίνεται ανά μονάδα φορτίου για να μετακινηθεί αργά ένα μοναδιαίο θετικό φορτίο δοκιμής από το άπειρο σε εκείνο το σημείο περιγράφεται ως ηλεκτρικό δυναμικό σε αυτό το σημείο. Σε αυτό το σημείο, θα υποθέσουμε ότι το δυναμικό στο άπειρο είναι μηδέν.

V=0

Το ηλεκτρικό δυναμικό σε ένα σημείο ορίζεται ως η εργασία που γίνεται ανά μονάδα φόρτισης προκειμένου να φέρει ένα θετικό φορτίο δοκιμής μονάδας από το άπειρο σε αυτό το σημείο αργά.

Υπολογισμός ηλεκτρικού δυναμικού

Ηλεκτρικό δυναμικό λόγω σημειακής φόρτισης

Κάθε φορά που εφαρμόζονται ηλεκτροστατικές δυνάμεις, το ηλεκτρικό δυναμικό σε μια θέση σε ένα ηλεκτρικό πεδίο περιγράφεται ως η ποσότητα της εργασίας που γίνεται κατά τη μεταφορά ενός θετικού φορτίου μονάδας από το άπειρο σε εκείνο το σημείο μέσω οποιασδήποτε διαδρομής. Θα θεωρήσουμε ότι η χρέωση είναι θετική (q>0) σε αυτήν την περίπτωση.

Έχουμε ένα σημειακό φορτίο στο διάστημα και πρέπει να προσδιορίσουμε το δυναμικό σε ένα σημείο «r» μακριά από το φορτίο.

Γνωρίζουμε ότι το ηλεκτρικό δυναμικό ενός σημείου δίνεται από,

Vp=Vp–V=-pE.dr

Συμβατικά,

V=0

Vp=-pE.dr

Λαμβάνουμε, αν βάλουμε την τιμή του ηλεκτρικού πεδίου λόγω σημειακού φορτίου,

Vp=-pq4π0r2.dr

Vp=q4π0r2

Λόγω του τρόπου κατανομής των χρεώσεων.

Δεδομένου ότι το δυναμικό είναι μια κλιμακωτή μεταβλητή, το δυναμικό που οφείλεται σε μια κατανομή φορτίων είναι ίσο με το ηλεκτρικό δυναμικό λόγω του τύπου σημειακού φορτίου και το κλιμακωτό άθροισμα του δυναμικού των επιμέρους φορτίων.

Vp=V1+V2+V3

Τύπος ηλεκτρικού δυναμικού λόγω σημειακού φορτίου

Τα ηλεκτρόνια και άλλα σημειακά φορτία συγκαταλέγονται στις θεμελιώδεις δομές της ύλης. Επιπλέον, ακριβώς όπως ένα σημειακό φορτίο, οι σφαιρικές κατανομές φορτίου (όπως σε μια μεταλλική σφαίρα) δημιουργούν εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία. Ως αποτέλεσμα, πρέπει να εξετάσουμε το ηλεκτρικό δυναμικό που παράγεται από ένα σημειακό φορτίο. Χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά για τον υπολογισμό της εργασίας που απαιτείται για τη μεταφορά ενός φορτίου δοκιμής q από μια τεράστια απόσταση σε μια απόσταση r από ένα σημειακό φορτίο Q, και σημειώνοντας τη σχέση μεταξύ έργου και δυναμικού (W=qv), μπορεί να αποδειχθεί ότι ένα σημειακό φορτίο ηλεκτρικό δυναμικό V είναι

V=kQr

Εδώ,

Το k είναι μια σταθερά.

Ηλεκτρικό δυναμικό λόγω συστήματος φόρτισης

Κάθε φορά που έχουμε να κάνουμε με ένα σύστημα που περιέχει πολλά φορτία, μπορούμε να υπολογίσουμε το ηλεκτρικό δυναμικό σε οποιαδήποτε δεδομένη θέση συνδυάζοντας όλα τα δυναμικά που οφείλονται σε κάθε επιμέρους φορτίο αλγεβρικά. Εξετάστε ένα σύνολο φορτίων που συμβολίζονται με τα γράμματα q1, q2, q3 και ούτω καθεξής, με διανύσματα θέσης r1, r2, r3 κ.ο.κ.

Ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια

Η εργασία που γίνεται από έναν εξωτερικό παράγοντα στη σταδιακή αλλαγή της διαμόρφωσης του συστήματος αναφέρεται ως ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια.

Γείωση

Υποθέτουμε ότι το δυναμικό της Γης είναι μηδέν και όταν ένας αγωγός συνδέεται με τη Γη, το δυναμικό του είναι επίσης μηδέν. Δεδομένου ότι η Γη θεωρείται πάντα ως ουδέτερη, ακόμη και όταν ρέει μεγάλη ποσότητα φορτίου προς αυτήν, το καθαρό φορτίο θα παραμείνει αμετάβλητο, δηλαδή μηδενικό.

Πράγματα που πρέπει να θυμάστε:

Η ενέργεια που αποκτάται από την κίνηση ενός αντικειμένου ενάντια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο αναφέρεται ως ηλεκτρικό δυναμικό.

Το ηλεκτρικό δυναμικό, γνωστό και ως ηλεκτροστατικό δυναμικό, είναι η ποσότητα της ενέργειας εργασίας που απαιτείται για τη μεταφορά μιας μονάδας ηλεκτρικού φορτίου από ένα σημείο αναφοράς σε ένα δεδομένο μέρος.

Είναι ένας αριθμός με βαθμωτή τιμή.

Υπάρχουν δύο στοιχεία που επηρεάζουν το ηλεκτρικό δυναμικό.

Το ηλεκτρικό φορτίο που μεταφέρει το αντικείμενο

Η θέση του αντικειμένου σε σχέση με άλλα ηλεκτρικά φορτισμένα αντικείμενα.

Συμπέρασμα

Το ηλεκτρικό δυναμικό υπολογίζεται διαιρώντας την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια με την ποσότητα φορτίου. Το ηλεκτρικό δυναμικό, που αναφέρεται επίσης ως ηλεκτροστατικό δυναμικό, είναι το ποσό της ενέργειας εργασίας που απαιτείται για τη μεταφορά ενός μοναδιαίου ηλεκτρικού φορτίου από ένα σημείο αναφοράς σε ένα δεδομένο μέρος

Η εργασία που γίνεται ανά μονάδα φορτίου για να μετακινηθεί αργά ένα μοναδιαίο θετικό φορτίο δοκιμής από το άπειρο σε εκείνο το σημείο περιγράφεται ως ηλεκτρικό δυναμικό σε αυτό το σημείο. Σε αυτό το σημείο, θα υποθέσουμε ότι το δυναμικό στο άπειρο είναι μηδέν.

V=0

Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ένα βαθμωτό μέγεθος που βοηθά στην κατανόηση της κίνησης του φορτίου από την άποψη της ενέργειας. Τα δύο στοιχεία που δίνουν σε ένα αντικείμενο την ηλεκτρική του δυναμική ενέργεια είναι το φορτίο που περιέχει και η σχετική του θέση σε σχέση με άλλες ηλεκτρικά φορτισμένες ουσίες.