Ηλεκτρικό Δυναμικό

Η ποσότητα εργασίας που απαιτείται για τη μετατόπιση ενός φορτίου μονάδας από ένα σημείο αναφοράς σε μια συγκεκριμένη θέση σε ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι γνωστή ως ηλεκτρικό δυναμικό. Το σημείο αναφοράς είναι συνήθως η Γη, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε μέρος εκτός της επίδρασης του φορτίου ηλεκτρικού πεδίου. Η τάση είναι ένας άλλος όρος για το ηλεκτρικό δυναμικό.

Ο στόχος είναι να μεταφερθεί ένα φορτίο μονάδας (+q) από το άπειρο (κάπου έξω από το ηλεκτρικό πεδίο) σε μια θέση μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο ενάντια στο πεδίο. Το μοναδιαίο φορτίο πρέπει να κάνει κάποια προσπάθεια για να μεταβεί από το άπειρο σε οπουδήποτε στο πεδίο ή από το ένα σημείο στο άλλο του πεδίου, επειδή η ηλεκτροστατική δύναμη που δημιουργείται από το ηλεκτρικό πεδίο είναι αντίθετη.

• V_x ονομάζεται ηλεκτρικό δυναμικό σε ένα σημείο x αν γίνει εργασία για τη μεταφορά του φορτίου από το άπειρο στο σημείο x.
• V_y ονομάζεται ηλεκτρικό δυναμικό σε ένα σημείο y που είναι το αποτέλεσμα της εργασίας που έγινε για τη μεταφορά του φορτίου από το άπειρο στο σημείο y.
• Η διαφορά δυναμικού V_xy μεταξύ x και y είναι το όνομα που δίνεται στην εργασία που γίνεται για τη μετατόπιση του φορτίου από το x στο y.

Φόρμουλα ηλεκτρικού δυναμικού

Ηλεκτρικό Δυναμικό V=Work Done(W)/Unit Charge(q)

V=W/q 

V=Joule/Coulomb 

Όπως γνωρίζουμε ότι JC=V(volt)

Επομένως, η μονάδα ηλεκτρικού δυναμικού S.I. είναι Volt(V).

Ηλεκτρική Δυναμική Ενέργεια

Η συνολική εργασία που εκτελείται από έναν εξωτερικό παράγοντα για τη μεταφορά ενός φορτίου ή ενός συστήματος φορτίων από το άπειρο στην τρέχουσα διαμόρφωση χωρίς επιτάχυνση αναφέρεται ως η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια αυτού του φορτίου ή του συστήματος φορτίων.

Ολόκληρη η δυναμική ενέργεια που θα έχει ένα φορτίο μονάδας εάν τοποθετηθεί οπουδήποτε στο διάστημα είναι γνωστή ως ηλεκτρική δυναμική ενέργεια.

Φόρμουλα για ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

Εάν δύο χρεώσεις q₁ &q₂ χωρίζονται με απόσταση r, 

Ο τύπος για την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια δίνεται ως:

Ηλεκτρικό δυναμικό λόγω σημειακής φόρτισης

Στο παρακάτω διάγραμμα, εμφανίζεται μια σημειακή χρέωση. Το ισοδυναμικό αντιπροσωπεύεται από τους ομόκεντρους κύκλους. Αυτό σημαίνει ότι το δυναμικό είναι το ίδιο σε όλα τα σημεία μιας μόνο επιφάνειας. Ο σκοπός είναι να υπολογιστεί το ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ δύο σημείων Α και Β λόγω αυτού του σημειακού φορτίου.

Η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού είναι επίσης γνωστή ως τάση και μετριέται σε Volt.

Απαιτείται ορισμός ως προς το απόλυτο δυναμικό επειδή το δυναμικό έχει οριστεί ως διαφορά. Για να καταλήξουμε σε αυτόν τον νέο ορισμό, ας αλλάξουμε την παραπάνω φράση. Το ηλεκτρικό πεδίο και το δυναμικό θεωρούνται μηδέν στο άπειρο. Το δυναμικό σε κάθε τοποθεσία θα υπολογίζεται τώρα με βάση το άπειρο, δίνοντας μια απόλυτη τιμή για το δυναμικό.

Ηλεκτρικό δυναμικό λόγω πολλαπλών φορτίσεων

Στην πραγματική ζωή, σπάνια θα συναντήσετε μια φόρτιση ενός σημείου. Η πλειονότητα των συστημάτων του πραγματικού κόσμου έχουν πολλές χρεώσεις. Το συνολικό δυναμικό σε ένα σημείο ενός συστήματος σημειακών φορτίων είναι ίσο με το αλγεβρικό άθροισμα του δυναμικού για μεμονωμένα φορτία σε αυτό το σημείο. Οι χρεώσεις πολλαπλών σημείων απεικονίζονται στο παρακάτω διάγραμμα.

Μερικά βασικά σημεία που σχετίζονται με το ηλεκτρικό δυναμικό

• Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι μηδέν σε μια τοποθεσία στη μέση μεταξύ δύο ίσων και αντίθετων φορτίων, αλλά το ηλεκτρικό πεδίο δεν είναι.
• Αν γίνει ένα τζάουλ εργασίας ωθώντας ένα Κουλόμπ φορτίου ενάντια στο ηλεκτρικό πεδίο, το ηλεκτρικό δυναμικό σε αυτό το σημείο λέγεται ότι είναι ένα βολτ.
• Όταν ένα αρνητικό φορτίο μεταφέρεται από το σημείο Α στο σημείο Β, το ηλεκτρικό δυναμικό του συστήματος αυξάνεται.
• Το άπειρο είναι το επίπεδο αναφοράς που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του ηλεκτρικού δυναμικού σε ένα μέρος. Δηλώνει ότι στο επίπεδο αναφοράς, η δύναμη σε ένα δοκιμαστικό φορτίο είναι μηδέν.
• Δεδομένου ότι η γη είναι τόσο μεγάλη που η προσθήκη ή η αφαίρεση φορτίου από αυτήν δεν έχει καμία επίδραση στην ηλεκτρική της κατάσταση, η επιφάνεια της γης θεωρείται ότι έχει μηδενικό δυναμικό.

Συμπέρασμα

Ως ηλεκτρικό δυναμικό ορίζεται η ποσότητα εργασίας που απαιτείται για να ληφθεί ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο μονάδας από το άπειρο σε ένα σημείο σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ομοίως, η ενέργεια που απαιτείται για τη μεταφορά ενός θετικού φορτίου μονάδας από τη μια θέση στην άλλη ορίζεται ως η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων.

Όταν ένα σώμα είναι φορτισμένο, μπορεί να έλκει ένα αντίθετα φορτισμένο σώμα ενώ απωθεί ένα σώμα που είναι παρόμοια φορτισμένο. Δηλαδή, το φορτισμένο σώμα έχει τη δύναμη να λειτουργεί. Το ηλεκτρικό δυναμικό ενός φορτισμένου σώματος ορίζεται ως η ικανότητά του να διεξάγει εργασία.