7.4 פוטנציאל חשמלי
(electric potential)
הפוטנציאל החשמלי של מטען בנקודה כלשהי במרחב כפי שתואר בפרק 1 מוגדר כאותה עבודה הדרושה להזזת המטען מאינסוף ועד לנקודה שבה הוא מצוי, כנגד הכוח החשמלי הפועל עליו.
הפוטנציאל החשמלי בנקודה כלשהי מתאר גודל סקלרי (רק ערך מספרי ללא כיוון), הוא מסומן באות V, יחידותיו "וולט" [v].
פוטנציאל של אחד וולט בנקודה A, פירושו שדרושה עבודה של 1J בשביל להזיז יחידת מטען (1C) מנקודת הייחוס (אינסוף) לנקודה A.
חישוב פוטנציאל חשמלי בנקודה מסוימת כתוצאה מהימצאות מטען חשמלי
חישוב הפוטנציאל שמשרה מטען נקודתי Q בנקודה מסוימת A, יהיה כחישוב העבודה ליחידת מטען הדרושה להבאת מטען חיובי q מן האינסוף לאותה נקודה A.
באיור 7.21 נבדוק מהו הפוטנציאל החשמלי בנקודה A כתוצאה מהימצאות מטען Q חיובי.
איור 7.21
הכוח שיהיה עלינו להפעיל בהעתקת המטען q מאינסוף לנקודה A צריך להיות שווה לכוח שפועל על אותו המטען q אך מנוגד לכיוון השדה. את העבודה הדרושה להבאת המטען לנקודה A נחשב כך:
הפוטנציאל בנקודה A מוגדר, כאמור, כאותה עבודה חלקי מטען, הדרושה להבאת יחידת מטען חיובי אחת לנקודה A:
כאשר:
Q- גודל המטען [C]
rA- המרחק מהמטען Q לנקודה A [m]
K- קבוע התאמה התלוי במערכת היחידות, שבה עובדים. ערכו במערכת היחידות הסטנדרטית הנהוגה בספר זה, הוא
AU– הפוטנציאל החשמלי בנקודה A
הערות:
1. כשהמטען Q יהיה שלילי יתקבל פוטנציאל שלילי בנקודה A. משמעותו, הכוח שיהיה עלינו להפעיל בהעתקת יחידת המטען q מאינסוף לנקודה A צריך להיות שווה לכוח שפועל על אותה יחידת המטען q ותנועתו עם כיוון השדה. המשמעות היא שנצטרך להפעיל כוח בלימה, כדי למנוע מן המטען השלילי להידבק אל המטען Q היוצר את הפוטנציאל.
2. חישוב הפוטנציאל בנקודה מסוימת כתוצאה מהימצאותם של כמה מטענים נקודתיים, יהיה על פי סכום (פשוט) הפוטנציאלים שתורם כל מטען לחוד, לאותה הנקודה. כלומר יש לחשב את תרומתו של כל מטען לחוד ולבסוף לסכם את התוצאות שהתקבלו (סיכום הפוטנציאלים תוך הקפדה על סימני המטענים).
3. כשקיימות שתי נקודות A ו- B, שלכל אחת מהן יש פוטנציאל חשמלי שונה, קיים ביניהן "הפרש פוטנציאלים" הנקרא גם בשם "מתח חשמלי" ABU מתאר את הפרש הפוטנציאלים בין הנקודות A ו- B (המתח ABU ), ומשמעותו: האנרגיה הפוטנציאלית (עבודה) הדרושה להעתקת יחידת מטען חיובית מנקודה B לנקודה A.
UAB=UA-UB