विद्युत विभव

विद्युत क्षमता V किसी स्थान की प्रति यूनिट चार्ज संभावित ऊर्जा है। इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में दो बिंदुओं का संभावित अंतर बताता है कि इकाई प्रभार को स्थानांतरित करने पर विद्युत स्थितिज ऊर्जा कितनी बदलती है।

क्षमता और संभावित ऊर्जा

V=U/q संबंध किसी आरोप की संभावित ऊर्जा को फ़ील्ड/संपत्ति V से जोड़ता है। यूनिट वोल्ट = जूल प्रति कूलम्ब। सकारात्मक q के लिए उच्चतर V का अर्थ उच्चतर U; नकारात्मक q के लिए U=क्यूवी होने से संबंध उलटा हो सकता है।

संभावित अदिश राशि है, इसलिए कई बिंदु शुल्क के बीजगणितीय रूप से योगदान जोड़ते हैं: V=Σकेक्यू_i/r_i। यह फ़ील्ड वेक्टर जोड़ से सरल हो सकता है।

बिंदु आवेश क्षमता

अनंत पर शून्य चुनने पर बिंदु प्रभार Q के लिए V=केक्यू/r। हस्ताक्षर Q से आता है। विद्युत क्षेत्र 1/r² से घटता है, संभावित 1/r से। इसलिए दोनों की दूरी पर निर्भरता अलग है।

क्षमता का पूर्ण शून्य सम्मेलन-निर्भर है; मापने योग्य भौतिकी अक्सर ΔV या संभावित मतभेद पर निर्भर करती है।

क्षेत्र-संभावित संबंध

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में ΔV=−∫_A^B E⃗·डीएल⃗ और अंतर रूप E⃗=−∇V। एकसमान क्षेत्र में विस्थापन d क्षेत्र की दिशा में हो तो ΔV≈−एड।

समविभव सतह पर स्पर्शरेखीय विस्थापन के लिए ΔV=0 और स्थिरवैद्युत कार्य शून्य। फ़ील्ड समविभव को लंबवत काटता है, अन्यथा स्पर्शरेखीय क्षेत्र क्षमता बदल देता।

काम और ऊर्जा

इलेक्ट्रोस्टैटिक बल द्वारा काम W_फ़ील्ड=−ΔU=q(V_A−V_B)। बाहरी एजेंट द्वारा अर्धस्थैतिक कार्य इसके विपरीत हो सकता है। सांकेतिक सम्मेलन संभालना आवश्यक है।

इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक आवेश है; वह सहज त्वरण में उच्च विद्युत क्षमता की ओर जा सकता है जबकि उसकी संभावित ऊर्जा घटती है। 'आरोप हमेशा कम क्षमता की ओर जाता है' केवल सकारात्मक चार्ज के लिए सुरक्षित अंतर्ज्ञान है।

धारिता से संबंध

संधारित्र दो कंडक्टर के बीच चार्ज पृथक्करण और संभावित अंतर जोड़ता है: C=Q/ΔV। रैखिक संधारित्र में संग्रहित ऊर्जा U=½C(ΔV)²=Q²/(2C)।

समाई ज्यामिति और ढांकता हुआ पर निर्भर है, संग्रहित प्रभार पर नहीं—जब तक सामग्री रैखिक और ज्यामिति अपरिवर्तित हो।

मापन संदर्भ

वाल्टमीटर हमेशा दो टर्मिनल के बीच संभावित अंतर मापता है। किसी एक बिंदु का 'निरपेक्ष वोल्टेज' बिना संदर्भ के क्रियात्मक रूप से सार्थक नहीं। सर्किट आरेख में ग्राउंड नोड अक्सर सुविधाजनक शून्य चुना जाता है, भौतिक सार्वभौमिक शून्य नहीं।

अभ्यास

बिंदु क्षमता

Q=3.0 μC, r=0.20 m।

हल: V≈(8.99×10⁹)(3×10⁻⁶)/0.20≈1.35×10⁵ V।

एकसमान क्षेत्र

E=200 V/m, क्षेत्र की दिशा में 0.50 m।

हल: ΔV=−एड=−100 V।

संभावित ऊर्जा

q=−2.0 μC, ΔV=+50 V।

हल: ΔU=qΔV=−1.0×10⁻⁴ J।