پتانسیل و انرژی الکتریکی
پتانسیل الکترواستاتیک، کار لازم در واحد بار برای آوردن یک بار از یک نقطه مرجع است و انرژی پیکربندیهای بار را ذخیره میکند.
Definition
پتانسیل الکتریکی در یک نقطه، انرژی پتانسیل الکترواستاتیک در واحد بار یک بار آزمایشی است که در آنجا قرار داده شده است، و تا یک ثابت جمعی تعریف میشود؛ میدان الکتریکی منفی گرادیان آن است، و انرژی یک پیکربندی، کار لازم برای مونتاژ آن است.
Scope
این موضوع به پتانسیل الکترواستاتیک اسکالر، رابطه آن با میدان از طریق گرادیان، سطوح همپتانسیل، پتانسیل بسطهای چندقطبی، و انرژی ذخیره شده در توزیعهای بار و در خود میدان میپردازد. این شامل تفسیر کار-انرژی اختلاف پتانسیل (ولتاژ) و چگالی انرژی میدان الکترواستاتیک است.
Core questions
- چگونه پتانسیل از میدان و میدان از پتانسیل به دست میآید؟
- چه مقدار انرژی در مونتاژ یک توزیع بار ذخیره میشود؟
- انرژی الکترواستاتیک کجا قرار دارد — در بارها یا در میدان؟
Key concepts
- پتانسیل اسکالر
- اختلاف پتانسیل
- ولتاژ
- سطح همپتانسیل
- گرادیان
- چگالی انرژی
- بسط چندقطبی
Key theories
- پتانسیل به عنوان انتگرال خطی مستقل از مسیر
- از آنجا که میدان الکترواستاتیک پایستار (بدون کرل) است، کار انجام شده برای جابجایی یک بار بین دو نقطه مستقل از مسیر است و یک پتانسیل اسکالر را تعریف میکند، که میدان برابر با گرادیان منفی آن است.
- چگالی انرژی میدان
- انرژی یک پیکربندی را میتوان به صورت انتگرال مربع میدان در تمام فضا بیان کرد، که از این تفسیر حمایت میکند که انرژی در میدان با چگالی محلی مشخصی ذخیره میشود.
Clinical relevance
مفاهیم پتانسیل و ولتاژ برای الکتروشیمی، نوروفیزیولوژی (پتانسیلهای غشایی)، الکتروکاردیوگرافی، و عملکرد تمام سیستمهای الکترونیکی و قدرت اساسی هستند.
History
تابع پتانسیل از طریق کارهای پواسون و گرین در اوایل قرن نوزدهم در نظریه الکتریسیته وارد فیزیک شد، که بر اساس پتانسیل لاگرانژ در گرانش بنا شده بود. اختراع باتری توسط ولتا، منبع عملی برای اختلاف پتانسیل ثابت را فراهم کرد، و ولت بعدها به افتخار او نامگذاری شد.
Key figures
- Siméon Denis Poisson
- George Green
- Alessandro Volta
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- griffiths2017
Frequently asked questions
- چرا پتانسیل الکتریکی فقط تا یک ثابت تعریف میشود؟
- فقط اختلاف پتانسیلها معنای فیزیکی دارند زیرا با کار انجام شده مطابقت دارند؛ صفر پتانسیل یک مسئله قراردادی است که اغلب در بینهایت یا در یک رسانای زمینشده انتخاب میشود.
- آیا انرژی الکترواستاتیک در بارها ذخیره میشود یا در میدان؟
- هر دو توصیف انرژی کل یکسانی را ارائه میدهند، اما بیان انرژی به عنوان انتگرال مربع میدان در فضا، یک چگالی انرژی سازگار و محلی تعریف شده را ارائه میدهد که در هنگام تابش میدانها ضروری است.