Elektripotentsiaal

Elektripotentsiaal V on potentsiaalenergia laenguühiku kohta. Skalaarse suurusena liituvad mitme allika potentsiaalid algebraliselt, mistõttu arvutus võib olla lihtsam kui väljade vektorsumma leidmine.

Põhiseos: V = U/q; V = kQ/r; ΔU = qΔV
QV(r)

Interaktiivne arvutus

Mudel ja põhiseos

Definitsioon on V=U/q. Punktlaengu korral, kui null on lõpmatuses, V=kQ/r ning V märk järgib alliklaengu märki.

Seost tuleb alati lugeda koos eeldustega. SI-ühikud, vektorite suunad ja taustsüsteemi valik ei ole vormistusdetailid: need määravad, mida tegelikult arvutatakse ja kas valemit võib kasutada ilma lisaliikmeteta.

Füüsikaline tähendus

Laengu q potentsiaalenergia muutus on ΔU=qΔV. Positiivne laeng, mis liigub iseenesest madalama V suunas, vähendab oma elektrilist potentsiaalenergiat.

Füüsikaline pilt on kasulikum kui valemi päheõppimine. Tasub küsida, milline suurus kannab energiat või impulssi, milline vastastikmõju tekitab vastuse ning milline sümmeetria lubab probleemi lihtsustada. Siis muutuvad nii märk kui ka suurusjärk arusaadavaks.

Mis tulemust muudab

Väli ja potentsiaal seostuvad E=−∇V. Ühes mõõtmes osutab elektriväli suunda, kus potentsiaal väheneb kõige kiiremini.

Hea kvantitatiivne kontroll algab võrdelisustest. Kui pikkus kahekordistub, mass kasvab või väljatugevus muutub, näitab seos kohe, kas tulemus muutub lineaarselt, ruuduga või pöördvõrdeliselt. See annab enne arvutamist tugeva mõistlikkuse kontrolli.

Piirangud ja mõõtmine

Elektrostaatilised ekvipotentsiaalpinnad on väljajoontega risti. Liikumine mööda ekvipotentsiaali ei nõua elektrivälja tööd.

Reaalses süsteemis esinevad kaod, ebaühtlus ja mõõtkava piirangud. Mõõtetulemust tuleb vaadelda koos määramatusega ning kontrollida, kas ideaalne mudel on endiselt piisav. Väike kõrvalekalle ei tähenda automaatselt arvutusviga, vaid võib olla mudeli piirangu loomulik tagajärg.

Tõlgendus ja rakendus

Pinge on kahe punkti potentsiaalide erinevus, mitte absoluutne potentsiaal. Nulltaseme valik on kokkuleppeline, kuid potentsiaalierinevus ja töö on mõõdetavad.

Rakenduses kontrollime vastust vähemalt kolmel viisil: mõõtmed, märk ja piirjuhud. Kui mõni parameeter läheneb nullile või muutub väga suureks, peab ennustus jääma füüsikaliselt mõistlikuks. Selline kontroll leiab eksimuse sageli kiiremini kui kogu arvutuse kordamine.

Lahendatud ülesanded

Ülesanne 1

Arvuta: kasuta V=kQ/r ja ΔU=qΔV. Antud: Q=2,0 μC, r=0,30 m.

Lahendus: V≈5,99×10⁴ V

Ülesanne 2

Arvuta: kasuta V=kQ/r ja ΔU=qΔV. Antud: q=3,0 nC, ΔV=200 V.

Lahendus: ΔU=6,0×10⁻⁷ J

Ülesanne 3

Arvuta: kasuta V=kQ/r ja ΔU=qΔV. Antud: r → 2r.

Lahendus: V → V/2