Elektrisk potentiale

Elektrisk potentiale beskriver et elektrisk felt ved hjælp af energi pr. ladningsenhed. Fordi potentiale er en skalar, bliver mange flerladningsproblemer enklere: potentialer kan først adderes algebraisk og derefter bruges til energi eller til at finde feltet.

Spænding er energi pr. ladningsenhed

ΔV = ΔU/q   ·   ΔU = qΔV

Én volt er én joule pr. coulomb. ΔV hører til to punkter i feltet, mens ΔU også afhænger af den ladning, der flyttes. Den samme spændingsændring kan derfor sænke energien for en positiv ladning og hæve den for en negativ.

Potentiale fra punktladninger

+Estiplede cirkler: samme V
Feltet er vinkelret på ækvipotentialer.

V = kQ/r   ·   V = Σ(kQᵢ/rᵢ)

For en punktladning er V=kQ/r med Q’s fortegn. Ved flere kilder adderes potentialer som fortegnede skalarer. Det er anderledes end feltet, der kræver vektoraddition. For isolerede kilder er V=0 ved uendelig afstand et praktisk valg.

Punktpotentialeberegner

Fra potentiale tilbage til elektrisk felt

I én dimension gælder Eₓ=−dV/dx: feltet peger mod hurtigst faldende V. Langs en ækvipotentialflade er ΔV=0, så E⃗ står vinkelret på ækvipotentialerne.

højere Vlavere VE+−q>0 kan miste Uq<0 reagerer modsat
ΔU=qΔV: ladningens fortegn betyder noget.

Valg af nulpunkt for potentialet

Kun potentialeforskelle påvirker målbare energiændringer. Nulpunktet er en reference, fx uendelig afstand eller jord i et kredsløb. En konstant forskydning af alle potentialer ændrer hverken ΔV eller E⃗.

Energi og almindelige fortegnsfejl

U=qV. Negativt potentiale er ikke automatisk lav energi for enhver partikel, fordi q’s fortegn vender energirækkefølgen. Feltets arbejde er W=−ΔU=−qΔV. Positive ladninger tenderer mod lavere V og negative mod højere V.

Gennemregnede eksempler

1. Punktpotentiale

+4,0 nC i 0,30 m.

Løsning

V≈120 V.

2. Energiændring

+2,0 μC gennem ΔV=−150 V.

Løsning

ΔU=−3,0×10⁻⁴ J.

3. Ensartet felt

V falder 600 V over 0,20 m.

Løsning

|E|=3000 V m⁻¹.