Παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, πρέπει να γίνει εργασία για τη μετακίνηση ενός σημειακού φορτίου από κάποιο σημείο σε άλλο. Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι η ποσότητα της εργασίας που γίνεται κατά τη μετακίνηση ενός σημειακού φορτίου από το ένα σημείο στο άλλο έναντι ενός ηλεκτρικού πεδίου. Ας υποθέσουμε ότι θεωρούμε ένα θετικό φορτίο q που βρίσκεται ανάμεσα σε δύο πλάκες, 1 και 2, παρουσία ηλεκτρικού πεδίου E. Καθώς υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο, η δύναμη θα ασκηθεί στο φορτίο q, που ισοδυναμεί με F=qE. Για να μετακινηθεί αυτό το φορτίο, πρέπει να γίνει εργασία ενάντια σε αυτό το ηλεκτρικό πεδίο και για αυτό, πρέπει να εφαρμοστεί μια ίση και αντίθετη δύναμη, δηλ. F=-qE. Η εργασία που πρέπει να γίνει για να μετακινηθεί αυτό το φορτίο από την πλάκα 1 στην πλάκα 2 σε κάποια απόσταση d θα είναι W=Fd=-qEd. Η μονάδα ηλεκτρικού δυναμικού SI είναι τζάουλ ανά κουλόμπ (βολτ).

Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

Η δυναμική ενέργεια ορίζεται ως η ενέργεια που κατέχει ένα σώμα λόγω του ύψους ή της θέσης του. Στην περίπτωση της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας, τα φορτία ασκούν δυνάμεις το ένα στο άλλο. Ως αποτέλεσμα, προκύπτει δυναμική ενέργεια λόγω της συλλογής των φορτίων. Ας θεωρήσουμε ένα θετικό φορτίο q που υπάρχει σε κάποιο σημείο του χώρου. Εάν ένα άλλο θετικό φορτίο πλησιάσει, και τα δύο αυτά φορτία θα βιώσουν μια απωστική δύναμη και η δυναμική ενέργεια προκύπτει εξαιτίας αυτής της δύναμης. Η δυναμική ενέργεια ενός φορτίου Q που φέρεται πιο κοντά στο προηγούμενο φορτίο q θα δοθεί από το

U =k Q q / r

όπου k είναι η σταθερά του κουλόμπ.

Και το r είναι ο διαχωρισμός μεταξύ δύο φορτίων.

Ας συζητήσουμε τη μεταβολή του ηλεκτρικού δυναμικού με το ηλεκτρικό πεδίο. Εάν ένα θετικό φορτίο κινηθεί ενάντια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, η δυναμική ενέργεια θα αυξηθεί. Αντίθετα, εάν ένα θετικό φορτίο κινηθεί προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου, τότε η δυναμική ενέργεια θα μειωθεί. Στην περίπτωση αρνητικού φορτίου, συμβαίνει η αντίθετη μεταβολή. Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ανεξάρτητο από τη διαδρομή εκτός και έως ότου ένα φορτισμένο σωματίδιο διασχίσει ένα μαγνητικό πεδίο.

Η διαφορά των δυνητικών ενεργειών μεταξύ δύο σημείων μας δίνει τη δουλειά που γίνεται για τη μετακίνηση ενός φορτίου από το ένα σημείο στο άλλο.

Ηλεκτρικό δυναμικό λόγω σημειακής φόρτισης

Το βασικό τμήμα της ύλης είναι ένα ηλεκτρόνιο, ένα σημειακό φορτίο. Πρέπει να είστε εξοικειωμένοι με την κατανομή φορτίου λόγω μεταλλικής επιφάνειας. Αυτή η σφαιρική κατανομή φορτίου δημιουργεί ένα εξωτερικό πεδίο. Τα σημειακά φορτία δημιουργούν ένα παρόμοιο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Πρέπει να συζητήσουμε λεπτομερώς το ηλεκτρικό δυναμικό λόγω σημειακής φόρτισης.

Εάν εφαρμόζονται ηλεκτροστατικές δυνάμεις/δυνάμεις σε ένα σημείο ενός ηλεκτρικού πεδίου, το ηλεκτρικό δυναμικό χαρακτηρίζεται ως μέτρο της ποσότητας εργασίας που απαιτείται για τη μετακίνηση ενός θετικού φορτίου μονάδας από το άπειρο. Θεωρήστε ένα ηλεκτρικό φορτίο σε ένα σημείο. Λόγω της παρουσίας ηλεκτρικού πεδίου, το φορτίο που δημιουργείται τότε εφαρμόζει ισχύ/δύναμη. Όποτε το r είναι μια απόσταση από το θετικό φορτίο +q, το ηλεκτρικό δυναμικό θα εμφανίζεται ως:

V =q/4πϵ0r

Πού,

Σε θετικό φορτίο, το r είναι το διάνυσμα θέσης

q είναι η χρέωση πηγής

Τα βολτ είναι η μονάδα ηλεκτρικού δυναμικού, 

1 Volt =1 joule coulomb-¹

Το ηλεκτροστατικό δυναμικό υποτίθεται ότι είναι 1 volt σε ένα σημείο στο οποίο η εργασία εκτελείται μετακινώντας ένα φορτίο 1 coulomb από το άπειρο σε ένα συγκεκριμένο σημείο μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου έναντι του ηλεκτροστατικού πεδίου.

Υπερθέση ηλεκτρικού δυναμικού

Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ένα βαθμωτό μέγεθος, και για ένα σύστημα φορτισμένων σωματιδίων, μπορούμε απλά να προσθέσουμε δυναμικά χρησιμοποιώντας αλγεβρικούς νόμους. Θεωρήστε ένα σύστημα φορτισμένων σωματιδίων που περιέχει q1, q2, q3… σε απόσταση r1, r2, r3… από ένα σημείο. Τότε, το δυναμικό σε αυτό το σημείο θα είναι

Προβλήματα

1. Βρείτε το δυναμικό σε απόσταση 5 m λόγω φορτίου 4C.

Λύση:Εδώ, r=5 και q=4

Αντικαθιστώντας τις δεδομένες τιμές στην παρακάτω εξίσωση, παίρνουμε

2. Βρείτε το δυναμικό σε απόσταση 1 m λόγω φορτίου 5 pC.

Συμπέρασμα

Όπως μπορείτε να δείτε, το ηλεκτροστατικό δυναμικό είναι μια βαθμιδωτή αναπαράσταση της περιοχής γύρω από μια διάταξη φορτίου που είναι σημαντική για την αξιολόγηση της απαιτούμενης εργασίας. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρικά φορτία περιβάλλουν τον εαυτό τους με πεδία, πρέπει να υποστούν εργασία εάν θέλουν να μετακινηθούν. Η ενέργεια που παράγει ένα φορτίο όταν κινείται ονομάζεται ηλεκτρική του δυναμική ενέργεια. Το ηλεκτρικό δυναμικό ενός σημειακού φορτίου δίνεται από το V =q/4πϵ0r. Από αυτή την εξίσωση, συμπεραίνουμε ότι όσο πιο μακριά μετακινούμε ένα φορτισμένο σωματίδιο από την πηγή, το ηλεκτρικό δυναμικό θα γίνεται όλο και χαμηλότερο. Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι μηδέν στο άπειρο. Επίσης, η αρχή της υπέρθεσης χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού δυναμικού ενός συστήματος σωματιδίων. Εάν ένα θετικό φορτίο κινηθεί ενάντια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, τότε η δυναμική ενέργεια θα αυξηθεί. Αντίθετα, εάν ένα θετικό φορτίο κινηθεί προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου, τότε η δυναμική ενέργεια θα μειωθεί. Στην περίπτωση αρνητικού φορτίου, συμβαίνει η αντίθετη μεταβολή.