Różnica między potencjałem elektrycznym a energią elektryczną potencjalną

Potencjał elektryczny kontra energia potencjalna elektryczna

Potencjał elektryczny i energia elektryczna to dwie bardzo cenne koncepcje w polach elektrycznych i teorii elektromagnetycznej. W tym artykule omówimy najpierw podstawy potencjału elektrycznego i energii elektrycznej potencjalnej, a następnie różnicę między nimi.

Co to jest potencjał elektryczny?

Omawiając potencjał elektryczny, konieczne jest jasne zrozumienie pola elektrycznego w celu interpretacji tego terminu. Wszystkie ładunki elektryczne, zarówno ruchome, jak i stacjonarne, wytwarzają pole elektryczne. Pole elektryczne może być również wytwarzane przy użyciu zmiennych pól magnetycznych zmieniających się w czasie. Istnieje kilka kluczowych czynników pól elektrycznych, które należy znać. Są to natężenie pola elektrycznego, potencjał pola elektrycznego i gęstość strumienia elektrycznego. Natężenie pola elektrycznego jest definiowane jako siła wywierana na jednostkowy ładunek punktowy z pola elektrycznego. Daje to wzór E = Q / 4πεr²⁾; gdzie Q jest ładunkiem, ε jest elektryczną przenikalnością ośrodka, zaś r jest odległością punktu od ładunku Q punktu. Siła na ładunek punktowy q umieszczony w tym punkcie jest równa F = Qq / 4πεr2. Ponieważ q jest 1 kulombem, jest to również równe natężeniu pola elektrycznego. Potencjał elektryczny punktu jest definiowany jako energia potrzebna do przeniesienia ładunku punktowego 1 kulomb z nieskończoności do punktu, w którym potencjał jest mierzony. Energia ta jest równa pracy wykonanej na ładunku przy doprowadzeniu ładunku z nieskończoności do punktu. Jeżeli oba ładunki są dodatnie, siła, którą należy przyłożyć, aby przenieść ładunek testowy z nieskończoności do punktu, jest zawsze równa i przeciwstawna do siły odpychania między dwoma ładunkami. Całkując F, od nieskończoności do r, w odniesieniu do dr, otrzymujemy potencjał elektryczny (V) punktu, który wynosi Q / 4πεr. Ponieważ r jest zawsze dodatnie, jeśli ładunek jest ujemny, potencjał elektryczny jest również ujemny. Jednostkami potencjału elektrycznego są dżule na kulomb. Statyczne pole elektryczne jest polem zachowawczym. Dlatego potencjał elektryczny statycznego pola elektrycznego jest niezależny od ścieżki. Potencjał elektryczny takiego pola zależy tylko od położenia.

Co to jest energia potencjalna elektryczna?

Energia potencjalna elektryczna jest definiowana jako energia zmagazynowana z powodu potencjału elektrycznego podczas przenoszenia ładunku z nieskończoności do danego punktu. Można zauważyć, że ponieważ potencjał elektryczny jest równy pracy wymaganej do doprowadzenia ładunku jednostkowego, energia potencjalna elektryczna jest iloczynem potencjału elektrycznego i ładunku, który jest przynoszony. Ponieważ energia potencjalna = V * q, jeśli zarówno V, jak i q mają ten sam znak, co oznacza, że ​​Q i q mają ten sam znak, energia potencjalna jest dodatnia. Do wniesienia opłaty wymagana jest praca zewnętrzna. Jeśli znaki są różne, energia potencjalna staje się ujemna. Oznacza to, że praca jest wykonywana z samego systemu.