پتانسیل الکتریکی چیست؟ فرمول ها و حل مثال

پتانسیل الکتریکی برای یک نقطه در میدان الکتریکی این گونه تعریف می شود:

“مقدار کاری که باید انجام شود تا یک بار الکتریکی مثبت از بینهایت به آن نقطه برسد.”

به طور مشابه، اختلاف پتانسیل (ولتاژ) بین دو نقطه به عنوان کار مورد نیاز برای آوردن یک بار مثبت از یک نقطه به نقطه دیگر تعریف می شود. وقتی جسمی باردار می شود، می تواند جسمی با بار مخالف را جذب کند و جسم باردار مشابهی را دفع کند.

یعنی جسم باردار توانایی انجام کار را دارد. توانایی انجام کار یک جسم باردار به عنوان پتانسیل الکتریکی آن جسم تعریف می شود.

اگر دو جسم باردار الکتریکی توسط یک هادی به هم متصل شوند، الکترون ‌ها از جسم با پتانسیل کمتر به جسم با پتانسیل بالاتر شروع به جریان می‌ کنند، به این معنی که جریان بسته به اختلاف پتانسیل اجسام و مقاومت هادی از جسم با پتانسیل بالاتر به جسم با پتانسیل کمتر جریان می یابد.

بنابراین، پتانسیل الکتریکی یک جسم تعیین می کند که آیا از جسم دیگری بار الکتریکی بگیرد یا به آن بدهد.

پتانسیل الکتریکی به عنوان سطح الکتریکی درجه بندی می شود و اختلاف سطح باعث می شود که جریان بین آن ها جریان یابد. این سطح باید نسبت به سطح صفر (مرجع) اندازه گیری شود. غالبا پتانسیل زمین به عنوان سطح صفر در نظر گرفته می شود. پتانسیل الکتریکی بالای پتانسیل زمین به عنوان پتانسیل مثبت و پتانسیل الکتریکی زیر پتانسیل زمین منفی در نظر‌ گرفته می شود.

واحد پتانسیل الکتریکی ولت است. برای آوردن بار از یک نقطه به نقطه دیگر اگر یک ژول کار انجام شود، اختلاف پتانسیل بین دو نقطه یک ولت است. بنابراین، می توانیم بگوییم:

اگر یک نقطه دارای پتانسیل الکتریکی 5 ولت باشد، می توان گفت برای آوردن یک کولن بار از بینهایت به آن نقطه، 5 ژول کار باید انجام شود.

اگر یک نقطه دارای پتانسیل 5 ولت و نقطه دیگر دارای پتانسیل 8 ولت باشد، در این صورت باید 3 ژول کار انجام شود تا یک کولن بار از نقطه اول به نقطه دوم حرکت کند.

پتانسیل در یک نقطه ناشی از بار نقطه دیگر

یک بار مثبت +Q را در فضا درنظر بگیرید که نقطه ای در فاصله x از آن قرار دارد. اکنون یک بار مثبت را در آن نقطه قرار می دهیم. طبق قانون کولن، بار مثبت نیرویی را تجربه خواهد کرد:

حال، بیایید این بار مثبت را با فاصله dx به سمت بار Q حرکت دهیم.

در طول این حرکت، کاری که بر خلاف میدان انجام شده است برابر است با:

بنابراین، کل کاری که باید برای آوردن بار مثبت از بینهایت به فاصله x انجام شود، برابر است با:

طبق تعریف، پتانسیل الکتریکی نقطه ناشی از بار + Q را می‌ توانیم بنویسیم:

تفاوت پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه

دو نقطه در فاصله d1 و d2 از بار +Q را در نظر بگیرید.

پتانسیل الکتریکی نقطه ای که در فاصله d1 از +Q قرار دارد به صورت زیر بدست می آید:

همچنین پتانسیل الکتریکی نقطه ای که به فاصله d2 از +Q قرار دارد نیز به صورت زیر است:

بنابراین، اختلاف پتانسیل بین این دو نقطه برابر است با:

پتانسیل چیست؟

پتانسیل در معنای خود کلمه یعنی اشاره به توانایی‌ هایی که در حال حاضر تحقق نیافته، اما معنای پتانسیل الکتریکی کمی تفاوت دارد.

 اختلاف پتانسیل الکتریکی چیست؟

مقدار کاری که باید انجام شود تا یک بار الکتریکی مثبت از بینهایت به آن نقطه برسد.

واحد پتانسیل الکتریکی چیست؟

واحد اندازه گیری پتانسیل ولت (Volt) است که معمولا با حرف V مشخص میشود. تفاوت این اختلاف پتانسیل به عنوان ولتاژ شناخته میشود.