Elektrický potenciál vs. elektrická potenciální energie
Elektrický potenciál a elektrická potenciální energie jsou dva velmi cenné koncepty elektrických polí a elektromagnetické teorie. V tomto článku nejprve probereme základy elektrického potenciálu a elektrické potenciální energie a poté rozdíl mezi nimi.
Co je elektrický potenciál?
Při diskusi o elektrickém potenciálu je k výkladu tohoto termínu nutné jasné pochopení elektrického pole. Všechny elektrické náboje, ať už jsou pohyblivé nebo stacionární, vytvářejí elektrické pole. Elektrické pole může být také vytvořeno pomocí časově se měnících magnetických polí. Existuje několik klíčových faktorů elektrických polí, které je důležité znát. Jedná se o intenzitu elektrického pole, potenciál elektrického pole a hustotu elektrického toku. Intenzita elektrického pole je definována jako síla působící na jednotkový bodový náboj z elektrického pole. To je dáno vzorcem E=Q/4πεr2; kde Q je náboj, ε je elektrická permitivita prostředí a r je vzdálenost bodu od bodu náboje Q. Síla na bodový náboj q umístěný v tomto bodě je rovna F=Qq/4πεr2. Protože q je 1 coulomb, rovná se to také intenzitě elektrického pole. Elektrický potenciál bodu je definován jako energie potřebná k přenesení bodového náboje o velikosti 1 coulomb z nekonečna do bodu, kde je potenciál změřen. Tato energie se rovná práci vykonané na náboji při přivedení náboje z nekonečna do bodu. Jsou-li oba náboje kladné, síla, která musí být aplikována, aby se zkušební náboj dostal z nekonečna do bodu, je vždy stejná a antiparalelní k odpudivé síle mezi dvěma náboji. Integrací F z nekonečna do r vzhledem k dr získáme elektrický potenciál (V) bodu, který je Q/4πεr. Protože r je vždy kladné, je-li náboj záporný, elektrický potenciál je rovněž záporný. Jednotky elektrického potenciálu jsou joule na coulomb. Statické elektrické pole je konzervativní pole. Proto je elektrický potenciál statického elektrického pole nezávislý na dráze. Elektrický potenciál takového pole závisí pouze na poloze.
Co je elektrická potenciální energie?
Elektrická potenciální energie je definována jako energie uložená díky elektrickému potenciálu při nabíjení z nekonečna do daného bodu. Je vidět, že jelikož se elektrický potenciál rovná práci potřebné k přivedení jednotkového náboje, elektrická potenciální energie je součinem elektrického potenciálu a přivedeného náboje. Protože potenciální energie=Vq, jsou-li obě V a q stejného znaménka, což znamená, že Q a q jsou stejného znaménka, je potenciální energie kladná. K nabití je zapotřebí externí práce. Pokud jsou znaky odlišné, potenciální energie se stává zápornou. To znamená, že práce se provádí ze samotného systému.
Jaký je rozdíl mezi elektrickým potenciálem a elektrickou potenciální energií?
• Elektrický potenciál je závislý pouze na náboji, který je měřen. Elektrická potenciální energie závisí na obou nábojích.
• Elektrický potenciál se měří ve voltech nebo joulech na coulomb. Elektrická potenciální energie se měří v joulech.
