Elektrisk potential

Elektrisk potential beskriver ett elektriskt fält som energi per laddningsenhet. Eftersom potentialen är en skalär kan flera källors bidrag adderas algebraiskt.

Spänning är energi per laddningsenhet

ΔV = ΔU/q   ·   ΔU = qΔV

En volt är en joule per coulomb. ΔV hör till två punkter i fältet, medan ΔU också beror på laddningen som flyttas. Samma potentialskillnad kan därför sänka energin för en positiv laddning men höja den för en negativ.

Potential från punktladdningar

+Estreckade cirklar: samma V
Fältet står vinkelrätt mot ekvipotentialerna.

V = kQ/r   ·   V = Σ(kQᵢ/rᵢ)

För en punktladdning gäller V=kQ/r med Q:s tecken. Bidrag från flera källor adderas som skalärer med tecken, till skillnad från elektriska fält som måste adderas som vektorer.

Punktpotentialkalkylator

Från potential tillbaka till elektriskt fält

I en dimension gäller Eₓ=−dV/dx: fältet pekar mot snabbast avtagande V. Längs en ekvipotential är ΔV=0 och därför står E⃗ vinkelrätt mot ekvipotentialytor.

högre Vlägre VE+−q>0 kan förlora Uq<0 reagerar motsatt
ΔU=qΔV: laddningens tecken är avgörande.

Val av nollnivå för potentialen

Endast potentialskillnader påverkar mätbara energiändringar. Nollnivån är en referens, till exempel oändligheten för en isolerad laddning eller jord i en krets. En gemensam konstantförskjutning ändrar inte ΔV eller E⃗.

Energi och vanliga teckenfel

U=qV. Negativ potential betyder inte automatiskt låg energi för varje laddning, eftersom q:s tecken vänder energiordningen. Fältets arbete är W=−ΔU=−qΔV; positiva laddningar tenderar mot lägre V och negativa mot högre V.

Lösta exempel

1. Potential från en punktladdning

Bestäm V på avståndet 0,30 m från en laddning på +4,0 nC.

Lösning

V=kQ/r≈120 V när V=0 väljs vid oändligheten.

2. Förändring av potentiell energi

En laddning på +2,0 μC flyttas genom ΔV=−150 V.

Lösning

ΔU=qΔV=−3,0×10⁻⁴ J.

3. Homogent elektriskt fält

Potentialen minskar med 600 V över 0,20 m i fältets riktning.

Lösning

|E|=3000 V m⁻¹.