Električni potencijal

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Elektromagnetizam
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet · Magnetizam
Elektrostatika
Električni naboj · Coulombov zakon · Električno polje · Električni tok · Gaussov zakon · Električni potencijal · Elektrostatska indukcija · Električni dipolni moment · Gustoća polarizacije

Električni potencijal (znak: φ ili V) veličina je u fizici i elektrotehnici kojom se izražava električna potencijalna energija naboja u statičkom (vremenski nepromjenjivom) električnom polju. Pri tome je jakost električnog polja jednaka negativnom usponu električnog potencijala:

\vec E = -\nabla\varphi

Točke u prostoru s definiranim vrijednostima električnog potencijala čine skalarno polje, a povezane točke s jednakim vrijednostima čine ekvipotencijalne plohe.

Međunarodni sustav mjernih jedinica propisuje za električni potencijal izvedenu jedinicu volt.

Električni se potencijal ne može neposredno mjeriti, već se mjeri razlika potencijala između dviju točaka nekog sustava, koja je u statičkom slučaju jednaka električnom naponu.


Potencijal polja nabijene kugle[uredi VE | uredi]

Izrazimo li jakost električnog polja na udaljenosti r od središta nabijene kugle kao:

E =\frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}\frac{Q}{r^2}

tada će sila na neki pozitivni električni naboj q na udaljenosti r biti određena kao:

F = Eq \,

gdje će rad izvršen približavanjem naboja q protivno smjeru sile na malom dijelu puta biti jednak:

\Delta W = Eq\ \Delta r\,

Ukoliko naboj q dovodimo iz beskonačno velike udaljenosti do nabijene kugle polumjera R, te put zamislimo kao sumu beskonačno malih dijelova puta, tada će ukupan rad biti jednak:

W = \int_\infty^R Eq\ dr

Razmatramo li omjer rada W i naboja q, definirat ćemo potencijal nabijene kugle kao količinu rada koju treba uložiti da se jedinični naboj od 1 C dovede na površinu kugle polumjera R:

V = \int_\infty^R E\ dr


V = \int_\infty^R \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{Q}{r^2}\ dr

Rješenje integrala dalo bi negativan rezultat. Kako je rad u savladavanju odbojnih sila po definiciji pozitivan, a referentni potencijal u beskonačnosti dogovorno jednak nuli, u računu za potencijal kugle određuje se prije integracije suprotan predznak integrala, tako da se za pozitivno nabijenu kuglu nalazi pozitivan potencijal jednak:

V = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{Q}{r}


Potencijal Zemlje[uredi VE | uredi]

Potential.jpg

Ako se iz nekog razloga elektroni nagomilaju na jednom predmetu ili na jednom njegovom kraju, kažemo da je predmet (ili njegov dio) negativno nabijen, ili da ima negativni potencijal, jer sadrži veliku gustoću negativno nabijenih elektrona. S druge strane, krnji atom kome je "pobjegao" koji elektron iz njegove ljuskaste putanje (tzv. ion), nije više uravnotežen, jer mu jezgra ima više pozitivnog naboja nego preostali elektroni negativnoga. Zbog toga takav ion u rezultatu ima pozitivan naboj. Predmet ili dio predmeta ili prostora s mnoštvom iona, tj. takvih atoma kojima nedostaju slabo vezani elektroni imat će dakle pozitivan potencijal.

Naša planeta je u cjelini električki neutralna, tj. kažemo da zemlja ima nulti potencijal. Budući da se istoimene čestice međusobno odbijaju, u vodljivom materijalu elektroni će iz područja s velikom gustoćom slobodnih elektrona (tj. s velikim negativnim potencijalom) nagrnuti prema područjima gdje ih je manje, tj. prema mjestima manjeg negativnog, odnosno pozitivnijeg potencijala. U povoljnim okolnostima, iz oblaka s viškom elektrona prasnut će golema iskra kroz koju se veliki negativni potencijal oblaka prazni u električki neutralnu zemlju, koja kako smo rekli ima nulti potencijal.


Vidi još[uredi VE | uredi]