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
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.
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.