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
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.
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.