电势和电位差(电压)

在本教程中，我们将学习物理学的两个基本而重要的概念。它们是电势和电位差，也被称为电压。

如果你正在寻找一些关于电的基础知识，比如静电的概念，那么请参考教程电力基础知识。

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介绍

在之前关于电荷的教程中，库仑定律和电学，我们很少讨论电势和电位差的概念。电可以用两个术语来描述:能量和电压。

从前面关于库仑定律的讨论中，我们知道，作用在物体上的力会产生机械功，即在带电的情况下，电场力可以对电荷(或带电物体)做功。

与引力能类似，电功与电势能有关。利用这个电势能，我们可以定义一个特殊的量，称为电势。

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电势能

在讨论电势和电位差的概念之前，让我们回顾一下力和功之间的关系。下图显示了一个空间区域，其中电场E是恒定的，即它在所有点上的大小和方向相同。

这个区域的一个点电荷q所受到的电场力由下式给出:

F =量化宽松政策

让我们假设电荷从A点移动到距离为∆x的B点，为了简单起见，设这个位移的方向平行于电场F。

现在，根据功的定义，它等于力和位移的乘积。因此，电场F对电荷q所做的功由

W = F∆x

电场的性质是保守的，即不管A和B之间的路径如何，对电荷q所做的功都是相同的。有了这些信息，我们就可以定义用PE表示的电势能了_避署。

对于一个保守力(比如这里的电力)，如果W是力做的功，那么势能的变化等于-W。因此，如果一个电场力对带电粒子做了W的功，那么电势能的变化量为:

∆体育_避署= - w

从前面提到的所有方程中，当带电物体在恒定电场区域内从a点移动到B点时，电势能的变化为

∆体育_避署= -W = -F∆x = -qE∆x

电势

前一节中讨论的电势能不是单个电荷的性质，而是电场或电荷系统中一个点电荷的性质。如果我们考虑两个点电荷，那么势能与作用于它们之间的库仑力有关。

因此，两个点电荷q1和q2的势能取决于两个电荷，由下式给出:

体育_避署= k.q1。q2 / r

记住这一点，让我们从另一个角度来看待电势能，它是一种只与电场有关的性质。

对于测试电荷q，我们可以通过测量测试电荷上的力来测量电场。

下式将给出电场和电场之间的关系。

F =量化宽松政策

由此，电场可以推导为:

E = F / q

关注电场，如果这个场是由于一个点电荷Q，那么电场的大小为:

E = k.Q / r²

从上面的方程我们可以说，电场不依赖于测试电荷q，以类似的方式处理电势能，我们可以测量放置在特定位置的电荷q的势能。

电势V可以用下面的等式来定义:

V =体育_避署/ q

电势V定义为单位电荷的势能。

电势公式

两个电荷Q和Q之间的电势能由

体育_避署= k.Q.q / r

从上面对电势的定义，V = PE_避署/ q

因此，V = k.Q / r

其中k是库仑常数。

根据上述公式，我们可以得出结论:电势与电荷Q成正比，与距离r成反比。

电势单位

电势通常被称为电势。为了纪念亚历山德罗·伏特(Alessandro Volta)，电势的SI单位被称为伏特(V)。

我们知道电势是电势能除以电荷。因此，伏特可以与其他SI单位关系式如下:

电势单位:1 v = 1 j / c = 1 n。m / C

电位差(电压)

下一个重要的讨论主题是电位差，也称为电压。电压的定义是这样的:当对一个电荷做功，使它从位置a移动到位置B时，即它的势能发生了变化，电位差或电压是初始电位差和最终电位差之间的差。

通常表示为∆V，如果V_一个A点和V点的电势是多少_B那么B点的电势是多少

∆V =_一个- - - - - - V_B

电压这个术语是电位差的通用名称，每当使用电压这个术语时，它通常是指两点之间的电位差。例如，当我们谈论电池的电压时，我们通常指的是电池两端之间的电位差。

此外，电压和能量是不一样的。电压是每单位电荷的能量。因此，12V的摩托车电池和12V的汽车电池可以存储不同的能量。

例子

想想一个12V的摩托车电池可以移动4000摄氏度的电量，而一个12V的汽车电池可以移动50000摄氏度的电量。

现在我们可以计算出每个电池所传递的能量如下:

我们知道势能V =势能/电荷。因此，Energy可以计算为Energy = Potential X Charge。

摩托车电池提供的能量= 12V X 4000C = 48 X 10^3.J

汽车电池提供的能量= 12V X 50000C = 60 X 10⁴J

锻炼

做一个小计算，找出1.5V AA电池有多少能量，如果它可以移动100摄氏度的电荷。