电势与电能
静电势是将单位电荷从参考点移动到某点所需的功，它储存了电荷构型的能量。
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Definition
某点的电势是置于该处的测试电荷的单位电荷静电势能，其定义可包含一个加性常数；电场是其梯度的负值，而一个构型的能量是组装该构型所需的功。
Scope
本主题探讨标量静电势、其通过梯度与电场的关系、等势面、多极展开的电势，以及电荷分布和电场本身中储存的能量。它包括电势差（电压）的功-能解释和静电场的能量密度。
Core questions
- 如何从电场获得电势，又如何从电势获得电场？
- 组装一个电荷分布储存了多少能量？
- 静电能驻留在哪里——电荷中还是电场中？
Key concepts
- 标量电势
- 电势差
- 电压
- 等势面
- 梯度
- 能量密度
- 多极展开
Key theories
- 电势作为路径无关的线积分
- 由于静电场是保守场（无旋场），电荷在两点之间移动所做的功与路径无关，并定义了一个标量电势，电场等于其负梯度。
- 场能量密度
- 一个构型的能量可以表示为电场平方在所有空间上的积分，这支持了能量以确定的局部密度储存在电场中的解释。
Clinical relevance
电势和电压概念是电化学、神经生理学（膜电位）、心电图以及所有电子和电力系统运行的基础。
History
电势函数通过泊松和格林在19世纪早期关于电学理论的工作进入物理学，其基础是拉格朗日引力势。伏特发明电池提供了稳定的电势差的实用来源，伏特（volt）后来以他的名字命名。
Key figures
- Siméon Denis Poisson
- George Green
- Alessandro Volta
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- griffiths2017
Frequently asked questions
- 为什么电势的定义只包含一个常数？
- 只有电势差具有物理意义，因为它们对应于所做的功；电势的零点是一个约定问题，通常选择在无穷远处或接地导体上。
- 静电能是储存在电荷中还是电场中？
- 两种描述都给出相同的总能量，但将能量表示为电场平方在空间上的积分，提供了一个一致的、局部定义的能量密度，这在电场辐射时被证明是至关重要的。