ศักย์ไฟฟ้า

ศักย์ไฟฟ้า V คือพลังงานศักย์ต่อหน่วยประจุ ความต่างศักย์ระหว่างสองตำแหน่งบอกการเปลี่ยน พลังงานศักย์ไฟฟ้า ต่อประจุหนึ่งหน่วยเมื่อย้ายผ่านสนาม ไฟฟ้าสถิต

V กับ U

ความสัมพันธ์ U=คิววี แยกสมบัติของสนาม V ออกจากพลังงานของประจุเฉพาะ q ถ้า q บวก V สูงทำให้ U สูง แต่ถ้า q ลบ ความสัมพันธ์ ของ U กับ V กลับเครื่องหมาย

ศักย์เป็น สเกลาร์ จึงรวม ผลงาน จากหลาย ค่าธรรมเนียมจุด แบบพีชคณิต V=Σคิวคิว_i/r_i ง่ายกว่าการรวมสนามแบบเวกเตอร์

ศักย์จากประจุจุด

ถ้าเลือก V=0 ที่อนันต์ ประจุจุดให้ V=คิวคิว/r เครื่องหมายมาจาก Q สนามลดแบบ 1/r² แต่ มีศักยภาพ ลดแบบ 1/r จึงเป็นปริมาณคนละชนิด

ค่าศูนย์ของ มีศักยภาพ เลือกได้ตามสะดวก สิ่งที่วัดได้โดยทั่วไปคือ ΔV

ความสัมพันธ์ E กับ V

ใน ไฟฟ้าสถิต ΔV=−∫_A^B E⃗·ดล⃗ และ E⃗=−∇V ในสนาม เครื่องแบบ ถ้าเคลื่อนระยะ d ตามทิศ E จะได้ ΔV≈−เอ็ด

บน พื้นผิวสมศักย์ มี ΔV=0 และงาน ไฟฟ้าสถิต ตามแนว แทนเจนต์ เป็นศูนย์ สนามจึงตัดผิวดังกล่าวตั้งฉาก

งานและเครื่องหมาย

งานโดยสนาม W_สนาม=−ΔU=q(V_A−V_B) ประจุลบสามารถเร่งไปทาง V สูงขึ้นพร้อมกับ U ลดลงได้ จึงไม่ควรใช้กฎจำว่า 'ประจุเคลื่อนไปศักย์ต่ำ' กับทุกชนิดประจุ

ควรแยก ทำงานตามสาขา กับ ทำงานโดยตัวแทนภายนอก เพราะเครื่องหมายตรงข้ามกันใน กระบวนการเสมือน

ความจุ

ตัวเก็บประจุ เชื่อม การแยกประจุ กับ ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ผ่าน C=Q/ΔV สำหรับ ตัวเก็บประจุเชิงเส้น พลังงานสะสม U=½C(ΔV)²=Q²/(2C)

ความจุ ขึ้นกับ เรขาคณิต และ อิเล็กทริก ไม่ได้ขึ้นกับ Q โดยตรงตราบใดที่วัสดุยัง เชิงเส้น และรูปทรงไม่เปลี่ยน

อ้างอิง และเครื่องมือวัด

โวลต์มิเตอร์วัดความต่างศักย์ระหว่างสองขั้ว ไม่ได้อ่านศักย์สัมบูรณ์ของจุดเดียวโดยไม่มี อ้างอิง การต่อเครื่องมือจึงกำหนดทั้ง ขนาด และ ลงชื่อ ของค่าที่แสดง

ในวงจรจริง แรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัล ของแหล่งจ่ายอาจต่างจาก แรงเคลื่อนไฟฟ้า เมื่อมีกระแส เพราะมี ความต้านทานภายใน หรือ ศักยภาพไฟฟ้าเคมีสูงเกินไป

ภูมิทัศน์ที่มีศักยภาพ และ ความสมดุล

เพราะ E⃗=−∇V จุดที่ การไล่ระดับสี เป็นศูนย์อาจเป็น ขั้นต่ำ, สูงสุด หรือ อาน ของ มีศักยภาพ สำหรับประจุบวก ขั้นต่ำ ของ U=คิววี สัมพันธ์กับ ความสมดุลที่มั่นคง ได้ในบางระบบ แต่ สนามไฟฟ้าสถิต ใน พื้นที่ว่าง มีข้อจำกัดจาก เอิร์นชอว์'s ทฤษฎีบท ทำให้การกักประจุด้วยสนาม ไฟฟ้าสถิตย์ อย่างเดียวทำได้ยาก

กราฟ V(x) หนึ่งมิติช่วยอ่านทิศแรงจาก ความลาดชัน ได้โดยไม่ต้องคำนวณ เวกเตอร์สนาม ใหม่ทุกจุด ความลาดชัน ลบมากหมายถึง E บวกมาก ส่วนบริเวณแบนมี สนาม เล็ก

เมื่อใช้ อิเล็กตรอน ต้องจำว่า U=คิววี กลับเครื่องหมาย ดังนั้น ขั้นต่ำ ของ V ไม่จำเป็นต้องเป็น ขั้นต่ำ ของ พลังงานศักย์อิเล็กตรอน

แบบฝึกหัด

ประจุจุด

Q=3.0 μC, r=0.20 m

เฉลย: V≈1.35×10⁵ V

สนาม เครื่องแบบ

E=200 V/m, เดินตามสนาม 0.50 m

เฉลย: ΔV=−100 V

พลังงาน

q=−2.0 μC, ΔV=+50 V

เฉลย: ΔU=−1.0×10⁻⁴ J