Potansyèl elektrik

Paj sa rasanble paj ki gen menm non 

Potansyèl elektrik

Elektrisite estatik
ka kreye gwo potansyèl elektrik.

Potansyèl elektrik, ki eksprime an volts (senbòl: V), se youn nan kantite ki defini eta elektrik yon pwen nan espas. Li koresponn ak enèji potansyèl elektwostatik ke yon inite chaj elektrik ki sitiye nan pwen sa a ta genyen, sa vle di enèji potansyèl (mezire an joul) d 'a patikil chaje nan pwen sa a divize pa chaj la (mezire an koulon) nan patikil la.

Diferans potansyèl elektrik ant de pwen nan espas oswa yon sikwi fè li posib pou kalkile varyasyon enèji potansyèl la, oswa pou mezire vòltaj ki egziste ant pwen sa yo nan yon sikwi elektrik oswa elektwonik.

Entwodiksyon

Yon objè ka gen yon chaj elektrik. Plase nan yon champ elektrik, yon objè chaje konsa fè eksperyans yon fòs. Si objè a chaje pozitivman, fòs la egzèse nan direksyon vektè jaden elektrik nan kote objè a ye a; si chaj li negatif fòs la egzèse nan direksyon opoze a. Fòs ki gen eksperyans la egal a pwodwi chaj la ak jaden elektrik la.

Potansyèl elektrik (oswa plis tou senpleman potansyèl) nan yon pwen nan yon jaden elektrik koresponn ak travay ki nesesè pou transpòte yon chaj pozitif inite soti nan enfini rive nan pwen sa a (potansyèl elektrik la nan enfini se pa definisyon egal). rive 0).

Fòs ak potansyèl yo dirèkteman gen rapò. Lè yon objè deplase nan direksyon fòs ki mete l an mouvman, enèji sinetik li ogmante; pa egzanp, enèji potansyèl gravitasyonèl yon objè ki nan tèt yon gwo kay won pi wo pase sou tè a. Kòm objè a tonbe, enèji sinetik li ogmante epi li transfòme an chalè, oswa enèji tèmik.

Yon jaden elektrik (nan absans yon champ mayetik varyab) pataje ak yon jaden fòs gravitasyonèl (gravite) pwopriyete sa a ke enèji potansyèl la depann sèlman de pozisyon nan jaden an: fòs ki aji sou yon objè depann sèlman de pwopriyete intrinsèques objè sa a (pa egzanp mas oswa chaj) ak pozisyon li, epi obeyi règ matematik yo. Nou di fòs elektrik la se konsèvatif.

Se poutèt sa anjeneral nou itilize analoji ak koule yon rivyè pou ilistre nosyon potansyèl elektrik la; potansyèl chak pwen koresponn ak altitid li, pandan y ap diferans nan altitid (diferans nivo) koresponn ak diferans potansyèl la.

Diferans potansyèl (oswa vòltaj nan absans endiksyon fenomèn ki gen orijin ekstèn) se yon valè aljebrik (li kapab pozitif, negatif oswa zewo); li souvan te note U.

Se poutèt sa nou ka ekri:

$U_{\mathrm {AB} }=V(\mathrm {A} )-V(\mathrm {B} )$

$\Delta V=V_{\text{final}}-V_{\text{initial}}$

Oswa:

$V(\mathrm {A} )$ ak $V(\mathrm {B} )$ deziyen potansyèl elektrik nan A ak B  ;

$U_{\mathrm {AB} }$ ak $\Delta V$ deziyen diferans potansyèl ant A ak B .

Li reprezante sou dyagram elektrik pa yon flèch ki soti nan pwen B nan pwen A.

Mezi

Mezi li fèt nan fizik tankou nan byoloji lè l sèvi avèk yon voltmèt oswa yon osiloskòp ki toujou mete nan bypass oswa nan paralèl, ki gen rapò ak sikwi a oswa objè bipolè yo dwe mezire.

Potansyèl la toujou defini nan konstan ki pi pre a. Nan elektrisite li komen ke nou pran kòm yon referans pou potansyèl yo (sa vle di potansyèl la ki sèvi kòm "zewo") potansyèl la nan tè a (ke nou abreje pa "latè ), menm si sa a se pa. yon obligasyon. Kèlkeswa chwa a te fè, pwen referans nan kous la ki gen potansyèl fiks nan 0 vòlt yo rele "pwen frèt". Tou depan de aparèy la, li ka konekte swa nan "tè a" (ankadreman metal nan aparèy la), oswa nan "latè a", oswa nan toude.

Pou plis eksplikasyon pratik konsènan nosyon potansyèl elektrikvòltaj elektrik, nou pral refere a atik la vòltaj.

Fòmil

"Potansyalite elektrik" nan yon pwen nan espas se yon konsèp nan jaden elektrisite. Li defini apati distribisyon chaj elektrik nan espas lè l sèvi avèk aplikasyon Lwa Koulomb rive nan yon distribisyon volim chaj ak lè l sèvi avèk prensip superposition:

$V_{1}(x_{2},y_{2},z_{2})={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\iiint {\frac {\rho (x_{1},y_{1},z_{1})}{r_{12}}}\mathrm {d} x_{1}\mathrm {d} y_{1}\mathrm {d} z_{1}$

kote: ${\vec {r}}_{12}={\vec {r}}_{2}-{\vec {r}}_{1}$ ak kote $\rho \,$ se dansite chaj nan 1 (anviwon pwen 1 gen yon chaj $\rho \mathrm {d} x_{1}\mathrm {d} y_{1}\mathrm {d} z_{1}$ nan volim $\mathrm {d} v=\mathrm {d} x_{1}\mathrm {d} y_{1}\mathrm {d} z_{1}$)

Lè sa a, champ elektrik ki soti nan potansyèl sa a bay fòmil sa a:

${\vec {E}}_{1}(x_{2},y_{2},z_{2})={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\iiint {\frac {\rho (x_{1},y_{1},z_{1}){\vec {r}}_{12}}{r_{12}^{3}}}\mathrm {d} x_{1}\mathrm {d} y_{1}\mathrm {d} z_{1}$

Kontrèman, konesans nan jaden elektrik la nan yon pwen pèmèt kalkil potansyèl la soti nan ki li rive:

$V=-\int _{s}{\vec {E}}\cdot \mathrm {d} {\vec {\ell }}$

Kote :

$V\,$ se potansyèl elektrik la, ak $\mathrm {d} \ell$ se eleman entegrasyon dapre fòmil katezyen an $(O,{\vec {\imath }},{\vec {\jmath }},{\vec {k}})$:

${\vec {E}}=-{\vec {\nabla }}V=-{\frac {\partial V}{\partial x}}{\vec {\imath }}-{\frac {\partial V}{\partial y}}{\vec {\jmath }}-{\frac {\partial V}{\partial z}}{\vec {k}}$

Ka espesyal

Potansyèl elektrik ki kreye pa yon chaj pwen nan espas ki antoure a se:

$V={\frac {q}{4\pi \varepsilon _{0}\left|{\vec {r}}-{\vec {r}}_{q}\right|}}$

kote: q se chaj pwen an, r se vektè pozisyon pwen kote yo kalkile jaden an ak r< sub> qse vektè pozisyon chaj pwen an.

Tankou matematik:

${\overrightarrow {\mathrm {grad} }}\left({\frac {1}{\left|{\vec {r}}\right|}}\right)={\vec {\nabla }}\left({\frac {1}{\left|{\vec {r}}\right|}}\right)=-{\frac {\vec {r}}{\left|{\vec {r}}\right|^{3}}}\;$

pou nenpòt distribisyon chaj, ekwasyon an vin:

$\ V={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\int {\frac {\rho }{r}}\mathrm {d} r$

kote: $\rho \,$ se dansite chaj kòm yon fonksyon pozisyon ak r se distans eleman volim 'V .

Remake byen ke V se yon eskalè.

Enèji potansyèl

Varyasyon nan enèji potansyèl elektrik nan yon patikil chaje yo kalkile apati diferans ki genyen ant potansyèl yo nan chak pwen. Li posib fè yon analoji ant wotè ak potansyèl. Kòm patikil la diminye nan potansyèl, enèji potansyèl li diminye pwopòsyonèlman. Sepandan, kontrèman ak enèji potansyèl gravitasyonèl, enèji potansyèl elektrik depann de chaj elektrik patikil la epi li pa depann de mas li (ki se "chaj gravitasyonèl"):

$E_{\mathrm {pe} }=q\,V$

Kote:

• $E_{\mathrm {pe} }$ se enèji potansyèl elektrik,
• $V$ potansyèl elektrik la,
• $q$ chaj patikil la (pozitif oswa negatif).

Apendis

Atik ki gen rapò

• Tansyon elektrik
• Jaden eskalalè
• Mas (elektrisite)
• Sol (elektrisite)