Potensial listrik

Tegangan adalah energi per satuan muatan

Beda potensial didefinisikan ΔV = ΔU/q, sehingga ΔU = qΔV. 1 V = 1 J·C⁻¹. Beda potensial adalah sifat dua lokasi, sedangkan energi potensial U adalah sifat sistem yang juga mencakup muatan yang ditempatkan. Perbedaan ini penting terutama untuk q negatif.

Potensial muatan titik dan banyak muatan

Jika V = 0 dipilih di tak hingga, muatan titik Q menghasilkan V = kQ/r. Tanda Q dipertahankan. Untuk beberapa muatan titik, potensial total adalah jumlah skalar V = Σ kQᵢ/rᵢ. Karena medan listrik adalah vektor, V dapat nol di suatu titik meskipun E⃗ di sana tidak nol.

Dari potensial kembali ke medan listrik

Medan listrik mengarah ke penurunan potensial tercepat. Dalam satu dimensi, Eₓ = −dV/dx. Semakin curam perubahan V terhadap posisi, semakin kuat medan. Sepanjang permukaan ekipotensial, ΔV = 0 sehingga kerja elektrostatik bersih nol. Karena itu E⃗ harus tegak lurus terhadap permukaan ekipotensial.

Memilih nol potensial

Yang menentukan perubahan energi terukur adalah beda potensial, jadi titik nol V dapat dipilih sesuai kenyamanan. Untuk muatan terisolasi sering dipilih tak hingga; pada rangkaian sering dipilih ground. Menambah konstanta yang sama pada semua potensial tidak mengubah ΔV, E⃗, atau gerak fisik.

Penalaran energi dan kesalahan tanda

Gunakan U = qV untuk menjaga tanda. V ditentukan susunan muatan sumber, sedangkan U juga bergantung pada q. Jadi potensial lebih rendah tidak selalu berarti energi potensial lebih rendah; untuk muatan negatif justru sebaliknya. Kerja medan memenuhi W_field = −ΔU = −qΔV. Muatan positif cenderung menuju V lebih rendah, muatan negatif menuju V lebih tinggi.

Contoh terarah

1. Potensial muatan titik

Tentukan V pada jarak 0,30 m dari muatan +4,0 nC dengan V = 0 di tak hingga.

2. Perubahan energi potensial

Muatan +2,0 μC melewati beda potensial ΔV = −150 V. Tentukan ΔU.

3. Medan seragam dari beda potensial

Potensial turun seragam 600 V sepanjang 0,20 m. Tentukan medan.