Ηλεκτρικό Δυναμικό έναντι Ηλεκτρικής Δυναμικής Ενέργειας
Το ηλεκτρικό δυναμικό και η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια είναι δύο πολύ πολύτιμες έννοιες στα ηλεκτρικά πεδία και την ηλεκτρομαγνητική θεωρία. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε πρώτα τα βασικά του ηλεκτρικού δυναμικού και της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας και μετά τη διαφορά μεταξύ των δύο.
Τι είναι το ηλεκτρικό δυναμικό;
Όταν συζητάμε το ηλεκτρικό δυναμικό, απαιτείται σαφής κατανόηση του ηλεκτρικού πεδίου για την ερμηνεία του όρου. Όλα τα ηλεκτρικά φορτία, είτε κινούνται είτε είναι ακίνητα, παράγουν ηλεκτρικό πεδίο. Ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί επίσης να παραχθεί χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε χρονικά μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία. Υπάρχουν αρκετοί βασικοί παράγοντες των ηλεκτρικών πεδίων, τους οποίους αξίζει να γνωρίζουμε. Αυτά είναι η ένταση ηλεκτρικού πεδίου, το δυναμικό ηλεκτρικού πεδίου και η πυκνότητα ηλεκτρικής ροής. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ορίζεται ως η δύναμη σε ένα φορτίο μονάδας σημείου από το ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό δίνεται από τον τύπο E=Q/4per2; όπου Q είναι το φορτίο, ε είναι η ηλεκτρική διαπερατότητα του μέσου και r είναι η απόσταση του σημείου από το φορτίο του σημείου Q. Η δύναμη σε ένα σημειακό φορτίο q που τοποθετείται σε αυτό το σημείο είναι ίση με F=Qq/4περ2. Εφόσον το q είναι 1 coulomb, αυτό είναι επίσης ίσο με την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Το ηλεκτρικό δυναμικό ενός σημείου ορίζεται ως η ενέργεια που απαιτείται για να φέρει ένα σημειακό φορτίο 1 coulomb από το άπειρο στο σημείο που μετράται το δυναμικό. Αυτή η ενέργεια είναι ίση με την εργασία που γίνεται στο φορτίο όταν φέρουμε το φορτίο από το άπειρο στο σημείο. Εάν και τα δύο φορτία είναι θετικά, η δύναμη που πρέπει να εφαρμοστεί για να μεταφερθεί το δοκιμαστικό φορτίο από το άπειρο στο σημείο είναι πάντα ίση και αντιπαράλληλη με τη δύναμη απώθησης μεταξύ των δύο φορτίων. Ενσωματώνοντας το F, από το άπειρο στο r, ως προς το dr, παίρνουμε το ηλεκτρικό δυναμικό (V) του σημείου, το οποίο είναι Q/4περ. Εφόσον το r είναι πάντα θετικό, εάν το φορτίο είναι αρνητικό, το ηλεκτρικό δυναμικό είναι επίσης αρνητικό. Οι μονάδες ηλεκτρικού δυναμικού είναι τζάουλ ανά κουλόμπ. Ένα στατικό ηλεκτρικό πεδίο είναι ένα συντηρητικό πεδίο. Επομένως, το ηλεκτρικό δυναμικό ενός στατικού ηλεκτρικού πεδίου είναι ανεξάρτητο διαδρομής. Το ηλεκτρικό δυναμικό ενός τέτοιου πεδίου εξαρτάται μόνο από τη θέση.
Τι είναι η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια;
Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ορίζεται ως η ενέργεια που αποθηκεύεται λόγω του ηλεκτρικού δυναμικού κατά τη λήψη ενός φορτίου από το άπειρο στο δεδομένο σημείο. Μπορεί να φανεί ότι, εφόσον το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ίσο με το έργο που απαιτείται για να φέρει ένα φορτίο μονάδας, η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια είναι το γινόμενο του ηλεκτρικού δυναμικού και του φορτίου που φέρεται. Εφόσον η δυναμική ενέργεια=Vq, αν και το V και το q έχουν το ίδιο πρόσημο, που σημαίνει ότι το Q και το q έχουν το ίδιο πρόσημο, η δυναμική ενέργεια είναι θετική. Απαιτείται εξωτερική εργασία για την επιβολή της χρέωσης. Εάν τα σημάδια είναι διαφορετικά, η δυνητική ενέργεια γίνεται αρνητική. Αυτό υποδηλώνει ότι η εργασία γίνεται από το ίδιο το σύστημα.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ηλεκτρικής δυναμικής και της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας;
• Το ηλεκτρικό δυναμικό εξαρτάται μόνο από το φορτίο που μετράται το δυναμικό. Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια εξαρτάται και από τα δύο φορτία.
• Το ηλεκτρικό δυναμικό μετριέται σε βολτ ή τζάουλ ανά κουλόμπ. Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια μετριέται σε joule.
