Зв’язок між напруженістю і різницею потенціалів

Зв’язок між напруженістю і різницею потенціалів є важливою темою в розділі фізики під назвою електродинаміка. Цей зв’язок можна встановити, використовуючи уявлення про еквіпотенціальні поверхні, а також характер кожної з частин окремо.

Крім того, важливо знати основні формули напруженості та інших електродинамічних параметрів.

Різниця потенціалів

Для того, щоб зрозуміти зв’язок між напруженістю і потенціалом, потрібно розглянути деякі визначення. Так, зазначений параметр являє собою скалярну величину, яка дорівнює співвідношенню між енергією заряду в полі до безпосередньо заряду. Тобто, f = W/q є енергетичний тип характеристики поля в певній точці.

Для різниці потенціалів формула має вигляд

U = f₁ – f₂ = A/q

де

• A є роботою, що витрачається на переходи зарядного елемента по поверхні;
• q – кулонівський заряд.

При цьому електростатична величина не залежить від кількості заряду, який знаходиться в полі. Тобто, енергія буде залежати від вибору координатної системи і знаходиться з точністю до постійної.

Залежно від умов завдання за початок відліку вибирається один з розглянутих варіантів:

• Потенціал планети Земля.
• Нескінченно віддалена точка поля, якою можна позначити будь-яку частину простору.
• Негативна пластина ємнісного або аналогічного конденсатора.

Чисельно він буде дорівнювати роботі по переміщенню одиничного плюсового заряду з точки електричного поля через нескінченність. Одиниця виміру зазначеного електричного параметра виражається в вольтах.

Різниця потенціалів у фізиці – це напруга, яка також входить в розділ електричної динаміки. Під цим поняттям розуміють різницю значень в початковій і фінальній точці траєкторії. Це значення чисельно еквівалентне роботі електростатичного поля при переміщеннях одиничного позитивного заряду уздовж силових ліній.

Фізичний зв’язок

Формула напруженості має вигляд

E=U /Δ(d)

Це означає швидкість зміни параметра вздовж напрямку d. Із зазначеного співвідношення можна відзначити:

• Вектор напруженості завжди направляється на зменшення електричного і динамічного потенціалів.
• Електричне поле з’являється в ті моменти, коли можна пов’язати різницю потенціалів.
• Напруженість поля дорівнює співвідношенню вольта до метра, якщо між 2 точками на відстані 1 м один від одного є різниця в 1 В.

Для рівномірно розподіленого показника важливою є наявність еквіпотенціальних поверхонь. Їх властивості полягають в тому, що робота при переміщенні заряду уздовж такої поверхні не відбувається, а вектор напруженості розташований перпендикулярно до ЕПП в будь-якій точці.

Саме завдяки такому параметру можна відшукати деякі фізичні величини. Напруженість допомагає встановити зміну швидкості потенційного переміщення вздовж ліній магнітного поля в часі. Енергетичні характеристики використовують і в інших розділах електродинаміки і фізики.

Неоднозначність визначення

Оскільки величина визначається з точністю до довільної постійної (при цьому всі величини не зміняться), фізичний сенс має тільки різниця, а не сама фізична одиниця.

При цьому всі інші заряди по модулю при таких операціях як би заморожені. Переміщення найчастіше уявне, хоча якщо інші заряди закріплені або пробний заряд дуже малий, і при цьому переноситься відносно швидко, то формула визначення різниці потенційних змін вірна.

Іноді для того, щоб прибрати неоднозначність, варто застосувати деякі природні умови. Нерідко таку фізичну величину визначають так, щоб вона дорівнювала нулю на нескінченності для будь-якого числа точкових зарядів. Тоді для всіх кінцевих систем зарядів виконається аналогічна умова, а над константою можна не особливо замислюватися і приймати будь-яку точку.

Також деякі складності виникають при вживанні термінів напруга і електричний потенціал. Вони мають різний сенс, при цьому нерідко вживаються як синонімічні для електростатичного потенціалу.

При відсутності змінних магнітних полів напруга буде дорівнювати різниці потенціалів.