Elektrický potenciál verzus elektrická potenciálna energia
Elektrický potenciál a elektrická potenciálna energia sú dva veľmi cenné koncepty elektrických polí a elektromagnetickej teórie. V tomto článku najprv rozoberieme základy elektrického potenciálu a elektrickej potenciálnej energie a potom rozdiel medzi nimi.
Čo je elektrický potenciál?
Pri diskusii o elektrickom potenciáli je na interpretáciu tohto pojmu potrebné jasné pochopenie elektrického poľa. Všetky elektrické náboje, či už sú pohyblivé alebo stacionárne, vytvárajú elektrické pole. Elektrické pole môže byť tiež vytvorené pomocou ľubovoľne meniacich sa magnetických polí. Existuje niekoľko kľúčových faktorov elektrických polí, ktoré je dôležité poznať. Ide o intenzitu elektrického poľa, potenciál elektrického poľa a hustotu elektrického toku. Intenzita elektrického poľa je definovaná ako sila pôsobiaca na jednotkový bodový náboj elektrického poľa. Je to dané vzorcom E=Q/4πεr2; kde Q je náboj, ε je elektrická permitivita prostredia a r je vzdialenosť bodu od bodu náboja Q. Sila pôsobiaca na bodový náboj q umiestnený v tomto bode sa rovná F=Qq/4πεr2. Pretože q je 1 coulomb, rovná sa to aj intenzite elektrického poľa. Elektrický potenciál bodu je definovaný ako energia potrebná na prenesenie bodového náboja 1 coulomb z nekonečna do bodu, v ktorom sa meria potenciál. Táto energia sa rovná práci vykonanej na náboji pri privedení náboja z nekonečna do bodu. Ak sú oba náboje kladné, sila, ktorá musí byť použitá, aby sa skúšobný náboj dostal z nekonečna do bodu, je vždy rovnaká a antiparalelná s odpudivou silou medzi týmito dvoma nábojmi. Integráciou F z nekonečna do r vzhľadom na dr dostaneme elektrický potenciál (V) bodu, ktorý je Q/4πεr. Pretože r je vždy kladné, ak je náboj záporný, elektrický potenciál je tiež záporný. Jednotky elektrického potenciálu sú joule na coulomb. Statické elektrické pole je konzervatívne pole. Preto je elektrický potenciál statického elektrického poľa nezávislý od cesty. Elektrický potenciál takéhoto poľa závisí len od polohy.
Čo je elektrická potenciálna energia?
Elektrická potenciálna energia je definovaná ako energia uložená v dôsledku elektrického potenciálu pri nabití z nekonečna do daného bodu. Je zrejmé, že keďže elektrický potenciál sa rovná práci potrebnej na privedenie jednotkového náboja, elektrická potenciálna energia je súčinom elektrického potenciálu a privedeného náboja. Pretože potenciálna energia=Vq, ak V aj q majú rovnaké znamienko, čo znamená, že Q a q majú rovnaké znamienko, potenciálna energia je kladná. Na privedenie poplatku je potrebná externá práca. Ak sú znaky odlišné, potenciálna energia sa stáva negatívnou. To znamená, že práca sa vykonáva zo samotného systému.
Aký je rozdiel medzi elektrickým potenciálom a elektrickou potenciálnou energiou?
• Elektrický potenciál závisí len od náboja, ktorý sa meria. Elektrická potenciálna energia závisí od oboch nábojov.
• Elektrický potenciál sa meria vo voltoch alebo jouloch na coulomb. Elektrická potenciálna energia sa meria v jouloch.
