Sähköpotentiaali vs sähköpotentiaalienergia
Sähköpotentiaali ja sähköpotentiaalienergia ovat kaksi erittäin arvokasta käsitettä sähkökentissä ja sähkömagneettisessa teoriassa. Tässä artikkelissa keskustelemme ensin sähköpotentiaalin ja sähköpotentiaalienergian perusteista ja sitten näiden kahden eroista.
Mikä on sähköpotentiaali?
Sähköpotentiaalista puhuttaessa termin tulkinta edellyttää selkeää sähkökentän ymmärtämistä. Kaikki sähkövaraukset, olivatpa ne liikkuvia tai paikallaan, tuottavat sähkökentän. Sähkökenttä voidaan tuottaa myös käyttämällä milloin tahansa vaihtelevia magneettikenttiä. On olemassa useita sähkökenttien keskeisiä tekijöitä, jotka on syytä tietää. Näitä ovat sähkökentän intensiteetti, sähkökentän potentiaali ja sähkövuon tiheys. Sähkökentän intensiteetti määritellään voimaksi, joka kohdistuu sähkökentän yksikköpistevaraukseen. Tämä saadaan kaavalla E=Q/4πεr2; missä Q on varaus, ε on väliaineen sähköinen permittiivisyys ja r on pisteen etäisyys pisteestä Q varaus. Tähän pisteeseen sijoitettuun pistevaraukseen q kohdistuva voima on yhtä suuri kuin F=Qq/4πεr2. Koska q on 1 coulomb, tämä on myös yhtä suuri kuin sähkökentän voimakkuus. Pisteen sähköpotentiaali määritellään energiaksi, joka tarvitaan 1 kulonin pistevarauksen tuomiseen äärettömyydestä pisteeseen, jossa potentiaali mitataan. Tämä energia on yhtä suuri kuin varaukselle tehty työ, kun varaus tuodaan äärettömyydestä pisteeseen. Jos molemmat varaukset ovat positiivisia, voima, joka on kohdistettava testivarauksen viemiseksi äärettömästä pisteeseen, on aina yhtä suuri ja vastakkainen kahden varauksen välisen hylkäysvoiman kanssa. Integroimalla F äärettömyydestä r:ään suhteessa dr:iin saadaan pisteen sähköpotentiaali (V), joka on Q/4πεr. Koska r on aina positiivinen, jos varaus on negatiivinen, sähköpotentiaali on myös negatiivinen. Sähköpotentiaalin yksiköt ovat joulea kulonia kohti. Staattinen sähkökenttä on konservatiivinen kenttä. Siksi staattisen sähkökentän sähköpotentiaali on polusta riippumaton. Tällaisen kentän sähköpotentiaali riippuu vain sijainnista.
Mikä on sähköpotentiaalinen energia?
Sähköinen potentiaalienergia määritellään energiaksi, joka varastoituu sähköpotentiaalin vuoksi, kun varaus otetaan äärettömyydestä annettuun pisteeseen. Voidaan nähdä, että koska sähköpotentiaali on yhtä suuri kuin työ, joka vaaditaan yksikkövarauksen tuottamiseksi, sähköpotentiaalienergia on sähköpotentiaalin ja tuotetun varauksen tulos. Koska potentiaalienergia=Vq, jos sekä V että q ovat samanmerkkisiä, mikä tarkoittaa, että Q ja q ovat samanmerkkisiä, potentiaalienergia on positiivinen. Maksun nostamiseen tarvitaan ulkopuolinen työ. Jos merkit ovat erilaiset, potentiaalienergia muuttuu negatiiviseksi. Tämä osoittaa, että työ tehdään itse järjestelmästä.
Mitä eroa on sähköpotentiaalilla ja sähköpotentiaalilla?
• Sähköpotentiaali riippuu vain potentiaalin mitatusta varauksesta. Sähköinen potentiaalienergia riippuu molemmista varauksista.
• Sähköpotentiaali mitataan voltteina tai jouleina kulonia kohti. Sähköinen potentiaalienergia mitataan jouleina.
