Електростатичний (кулонівський) потенціал
Особливості електричного взаємодії мають багато спільного з гравітаційними. Зокрема, робота сили тяжіння і робота електричної сили виражаються подібними залежностями.
Для сили тяжіння:
Для електричної сили:
З цього можна зробити висновок, що робота електричної сили дорівнює зміні потенційної енергії тіла, взятій з протилежним знаком. Тобто заряджене тіло в однорідному електричному полі має потенційну енергію
Заряджене тіло в електростатичному полі має потенційну енергію.
Потенційна енергія зарядженого тіла визначається як електричними характеристиками тіла (його заряд), так і характеристиками обраної точки електричного поля - напруженість і координата. Зміна однієї з трьох характеристик веде до зміни потенційної енергії тіла в цілому.
Значення потенційної енергії зарядженого тіла залежить від його заряду, напруженості електричного поля і координати.
Досліджуємо одну з точок електричного поля з метою визначення її енергетичних характеристик. Для цього проведемо кілька уявних експериментів з точковим зарядженим тілом.
Нехай точкове тіло має заряд q1 і знаходиться в полі напруженістю E̅ на відстані l від джерела поля. Його потенційна енергія буде дорівнює
Збільшимо значення заряду в 2 рази. Його потенційна енергія буде
Таким чином, потенційна енергія тіла збільшиться в 2 рази. Будь-які зміни заряду тіла ведуть до відповідної зміни його потенційної енергії. Але в кожному разі відношення потенційної енергії зарядженого тіла до його електричного заряду в даній точці поля буде залишатися постійним
Величина φ називається потенціалом точки поля. Якщо в отримане співвідношення підставити значення потенційної енергії Wp, то отримаємо
У значенні потенціалу відсутні характеристики тіла, в тому числі і його заряд. Тому можна вважати справедливим твердження, що потенціал є характеристикою електричного поля.
Фізична величина, яка є енергетичною характеристикою електричного поля і дорівнює відношенню потенційної енергії зарядженого тіла в електричному полі до його заряду, називається потенціалом.
де Wp - потенційна енергія зарядженого тіла; q - заряд тіла.
При вимірюванні потенціалу користуються одиницею, яка називається вольт (В). Одиниця названа на честь італійського вченого Алессандро Вольта.
Алессандро Вольта (1745 - 1825) - Італія-янський фізик і фізіолог, один з ос-нователей вчення про електричному то-ке. Винайшов смоляний електрофор, чувст-вітельно електроскоп з конденсато-ром, перший хімічний джерело елект-рического струму, проводив широкі ис-проходження електричних порушено-ний м'язів і нервів.
Відповідно до визначення
1 В = 1 Дж / 1 Кл.
Застосовуються також кратні і частинні одиниці потенціалу:
1 мілівольт = 1 мВ = 10 -3 В;
1 мікровольт = 1 мкВ = 10 -6 В;
1 кіловольт = 1 кВ = 10 3 В;
1 мегавольт = 1 MB = 10 6 В.
Всі викладені вище міркування стосуються однорідного поля. напруженість якого не залежить від координати точки спостереження.
Але їх можна поширити і на інші випадки, зокрема на електричне поле точкового зарядженого тіла. Воно неоднорідне, напруженість змінюється від точки до точки вздовж силових ліній по закону
Скористаємося визначенням потенціалу точки електричного поля:
З огляду на, що l = r, отримаємо
Потенціал поля точкового зарядженого тіла зменшується обернено пропорційно відстані.
Мал. 4.60. Потенціал є адитивною величиною
На поняття потенціалу поширюється принцип суперпозиції. Потенціал точки, в якій діють поля декількох електрично заряджених тіл, дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів кожного з них (рис. 4.60). При цьому вважається, що потенціал поля негативно зарядженого тіла негативний.
Для вимірювання потенціалу можна використовувати електро метр, який в цьому випадку називають електростатичним вольтметром. Якщо зовнішній металевий корпус з'єднати з поверхнею Землі, потенціал якої умовно вважається рівним нулю, то електрометром можна вимірювати потенціал тіла, з'єднаного з його стрижнем.
На цій сторінці матеріал за темами: