電位の概念は、静電学と電気力学の理論の重要な基礎の1つです。その本質を理解することは、これらの物理学の分野をさらに研究するために必要な条件です。
電位とは
単位電荷qを、によって影響を受ける固定電荷Qによって作成されたフィールドに配置します。 クーロン力 F = k * Qq/r。
ここと下k=（（1/4）*π*ε*ε）、ここでε0 — 電気定数（8.85 * 10-12 F / m）、εは 中程度の誘電率.
寄稿 充電 この力の作用の下で、それは動くことができ、力はある程度の仕事をします。これは、2つの電荷のシステムには、両方の電荷の大きさとそれらの間の距離に依存する位置エネルギーがあり、この位置エネルギーの大きさは電荷qの大きさに依存しないことを意味します。ここで電位の定義が導入されます-それは電荷の大きさに対する場のポテンシャルエネルギーの比率に等しいです：
φ=W/ q、
ここで、Wは電荷のシステムによって作成されたフィールドの位置エネルギーであり、ポテンシャルはフィールドのエネルギー特性です。電場内の電荷qをある程度の距離移動させるには、クーロン力に打ち勝つために一定量の仕事を費やす必要があります。ポイントのポテンシャルは、単位電荷をこのポイントから無限大に移動するために費やす必要のある作業に等しくなります。その際、次の点に注意してください。
- この仕事は、電荷の位置エネルギーの減少に等しくなります（A = W2-W1);
- 仕事は突撃の軌道に依存しません。
SIシステムでは、電位の単位は1ボルトです（ロシアの文献では文字Vで示され、外国の文献ではVで示されます）。 1 V \ u003d 1J / 1 C、つまり、1 Cの電荷を無限大に移動するのに1ジュールかかる場合、1ボルトの点の電位について話すことができます。この名前は、電気工学の発展に多大な貢献をしたイタリアの物理学者アレッサンドロボルタに敬意を表して選ばれました。
ポテンシャルが何であるかを視覚化するために、それを2つの物体の温度または空間の異なるポイントで測定された温度と比較することができます。温度は物体の加熱の尺度であり、電位は電荷の尺度です。ある体は別の体よりも加熱されていると言われ、一方の体はより多く充電され、もう一方はより少なく充電されているとも言えます。これらの体は異なる可能性を秘めています。
ポテンシャルの値は座標系の選択に依存するため、ある程度のレベルが必要であり、これをゼロと見なす必要があります。たとえば、温度を測定する場合、氷が溶ける温度をベースラインとして使用できます。電位については、通常、無限に離れた点の電位をゼロレベルと見なしますが、いくつかの問題を解決するために、たとえば、接地電位またはコンデンサプレートの1つの電位をゼロと見なすことができます。
潜在的なプロパティ
ポテンシャルの重要な特性の中で、次の点に注意する必要があります。
- フィールドが複数の電荷によって作成される場合、特定のポイントでのポテンシャルは、各電荷によって作成されるポテンシャルの代数（電荷の符号を考慮）の合計に等しくなりますφ=φ1+φ2+φ3+φ4+φ5+…+φn;
- 電荷からの距離が、電荷自体を点電荷と見なすことができるような距離である場合、総電位は次の式で計算されます。φ= k *（q1/ r1+ q2/ r2+ q3/ r3+…+qn/ rn）、ここで、rは、対応する電荷からの距離であり、考慮されるポイントの距離です。
電界が電気双極子（反対の符号の2つの接続された電荷）によって形成される場合、双極子から距離rにある任意の点の電位はφ= k *p*cosά/rに等しくなります。2、 どこ：
- pは双極子の電気アームであり、q * lに等しくなります。ここで、lは電荷間の距離です。
- rは双極子までの距離です。
- άは双極子アームと半径ベクトルrの間の角度です。
ポイントが双極子の軸上にある場合、cosά=1およびφ=k * p / r2.
電位差
2つのポイントに特定の電位があり、それらが等しくない場合、2つのポイントの間に電位差があると言います。電位差はポイント間で発生します。
- その可能性は、さまざまな兆候の電荷によって決定されます。
- 任意の符号の電荷からの電位を持つポイントとゼロ電位を持つポイント。
- 同じ符号の可能性があるが、絶対値が異なるポイント。
つまり、電位差は座標系の選択に依存しません。アナロジーは、ゼロマーク（たとえば、海面）に対してさまざまな高さに配置された水のプールで描くことができます。
各プールの水には一定の位置エネルギーがありますが、2つのプールをチューブで接続すると、それぞれに水の流れがあり、その流量はチューブのサイズだけでなく決定されます。 、だけでなく、地球の重力場の位置エネルギーの違い（つまり、高さの違い）によっても。この場合、位置エネルギーの絶対値は重要ではありません。
同様に、電位の異なる2点を導体で接続すると流れます 電気、導体の抵抗だけでなく、電位差（絶対値ではない）によっても決定されます。水との類似性を続けると、上部プールの水はすぐになくなり、水を元に戻す力（ポンプなど）がない場合、流れは非常に速く停止します。
つまり、電気回路内にあります。電位差を特定のレベルに維持するには、電荷（より正確には電荷キャリア）を最も高い電位のポイントに転送する力が必要です。この力は起電力と呼ばれ、EMFと略されます。 EMFは、電気化学的、電磁気的など、異なる性質のものである可能性があります。
実際には、重要なのは主に電荷キャリアの軌道の最初と最後のポイント間の電位差です。この場合、この差は電圧と呼ばれ、SIではボルトでも測定されます。1クーロンの電荷をある点から別の点に移動するときにフィールドが1ジュールで動作する場合、つまり1V \ u003d 1J / 1Cの場合、1ボルトの電圧について話すことができます。J/Cも単位になります。電位差。
等電位面
複数の点の電位が同じであり、これらの点が表面を形成する場合、そのような表面は等電位と呼ばれます。このような特性は、たとえば、電界が距離とともにすべての方向に等しく減少するため、電荷の周りに外接する球を持ちます。
この表面のすべての点は同じ位置エネルギーを持っているので、そのような球の上で電荷を動かすとき、仕事は費やされません。複数の電荷を持つシステムの等電位面は、より複雑な形状をしていますが、1つの興味深い特性があります。つまり、交差することはありません。電界の力線は常に、各点で同じ電位を持つ表面に垂直です。等電位面を平面で切断すると、等電位線が得られます。等電位面と同じ特性を持っています。実際には、たとえば、静電界に置かれた導体の表面上の点は等しい電位を持っています。
電位と電位差の概念を扱ったので、電気現象のさらなる研究に進むことができます。しかし、それ以前ではありません。基本的な原則と概念を理解しなければ、知識を深めることはできません。
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