פוטנציאל חשמלי לעומת אנרגיה פוטנציאלית
פוטנציאל חשמלי ואנרגיה פוטנציאלית חשמלית הם שני מושגים בעלי ערך רב בשדות חשמליים ובתיאוריה אלקטרומגנטית. במאמר זה נדון תחילה ביסודות של פוטנציאל חשמלי ואנרגיה פוטנציאלית חשמלית ולאחר מכן נדון בהבדל בין השניים.
מהו פוטנציאל חשמלי?
כאשר דנים בפוטנציאל החשמלי, נדרשת הבנה ברורה של השדה החשמלי כדי לפרש את המונח. כל המטענים החשמליים, בין אם הם נעים או נייחים, מייצרים שדה חשמלי. ניתן להפיק שדה חשמלי גם באמצעות שדות מגנטיים משתנים בכל זמן.ישנם מספר גורמי מפתח של שדות חשמליים, אשר רלוונטי לדעת. אלה הם עוצמת השדה החשמלי, פוטנציאל השדה החשמלי וצפיפות השטף החשמלי. עוצמת השדה החשמלי מוגדרת ככוח על מטען יחידה מהשדה החשמלי. זה ניתן על ידי הנוסחה E=Q/4πεr2; כאשר Q הוא המטען, ε הוא הפריטטיביות החשמלית של המדיום, ו-r הוא המרחק של הנקודה ממטען הנקודה Q. הכוח על מטען נקודתי q המוצב באותה נקודה שווה ל-F=Qq/4πεr2. מכיוון ש-q הוא 1 קולומב, זה גם שווה לעוצמת השדה החשמלי. הפוטנציאל החשמלי של נקודה מוגדר כאנרגיה הנדרשת כדי להביא מטען נקודתי של 1 קולום מאינסוף לנקודה שבה נמדד הפוטנציאל. אנרגיה זו שווה לעבודה שנעשתה על המטען בעת הבאת המטען מאינסוף לנקודה. אם שני המטענים חיוביים, הכוח שיש להפעיל כדי לקחת את מטען הבדיקה מאינסוף לנקודה תמיד שווה ואנטי מקביל לכוח הדחייה בין שני המטענים.על ידי שילוב F, מאינסוף ל-r, ביחס לdr, נקבל את הפוטנציאל החשמלי (V) של הנקודה, שהוא Q/4πεr. מכיוון ש-r תמיד חיובי, אם המטען שלילי, גם הפוטנציאל החשמלי שלילי. יחידות הפוטנציאל החשמלי הן ג'אול לקולום. שדה חשמלי סטטי הוא שדה שמרני. לכן, הפוטנציאל החשמלי של שדה חשמלי סטטי אינו תלוי בנתיב. הפוטנציאל החשמלי של שדה כזה תלוי רק במיקום.
מהי אנרגיה פוטנציאלית חשמלית?
אנרגיה פוטנציאלית חשמלית מוגדרת כאנרגיה שנאגרה עקב פוטנציאל חשמלי בעת לקיחת מטען מאינסוף לנקודה הנתונה. ניתן לראות שמכיוון שהפוטנציאל החשמלי שווה לעבודה הנדרשת להבאת מטען יחידה, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית היא מכפלת הפוטנציאל החשמלי והמטען המובא. מכיוון שאנרגיה פוטנציאלית=Vq, אם גם V וגם q הם מאותו סימן, מה שאומר שה-Q ו-q הם מאותו סימן, האנרגיה הפוטנציאלית היא חיובית.נדרשת עבודה חיצונית להגשת האישום. אם הסימנים שונים, האנרגיה הפוטנציאלית הופכת לשלילית. זה מציין שהעבודה נעשית מהמערכת עצמה.
מה ההבדל בין אנרגיה פוטנציאלית חשמלית לאנרגיה פוטנציאלית חשמלית?
• הפוטנציאל החשמלי תלוי רק במטען שהפוטנציאל נמדד. אנרגיה פוטנציאלית חשמלית תלויה בשני המטענים.
• פוטנציאל חשמלי נמדד בוולט או ג'אול לקולום. אנרגיה פוטנציאלית חשמלית נמדדת בג'אול.
