Elektrik potansiyeli

Zıt yüklü iki iletken kürenin etrafındaki elektrik potansiyeli. Mor en yüksek potansiyeli, sarı sıfırı ve camgöbeği en düşük potansiyeli temsil eder. Elektrik alan çizgileri, her kürenin yüzeyine dik olarak gösterilmiştir.
Ortak semboller	V, φ
SI birimi	volt
Diğer birimler	statvolt
SI temel birimler	V = kg⋅m2⋅s−3⋅A−1
SI Boyut	M L2 T−3 I−1
Kapsam?	yes

Elektrik potansiyeli (aynı zamanda elektrik alan potansiyeli, potansiyel düşüş, elektrostatik potansiyel olarak da adlandırılır), bir elektrik yükünü bir referans noktasından bir elektrik alanındaki belirli bir noktaya taşımak için gereken iş enerjisi miktarı olarak tanımlanır. Daha doğrusu, incelenen alanın bozulması ihmal edilebilecek kadar küçük olan bir test yükü için birim yük başına enerjidir. Ayrıca, test yükünün kinetik enerji elde etmesini veya radyasyon üretmesini önlemek için alan boyunca hareketin ihmal edilebilir bir ivme ile devam etmesi gerekiyor. Tanım olarak, referans noktasındaki elektrik potansiyeli sıfır birimdir. Her ne kadar herhangi bir nokta kullanılabilse de, tipik olarak referans noktası dünya veya sonsuzdaki bir noktadır.

Klasik elektrostatikte, elektrostatik alan, V ile gösterilen skaler bir miktar olan elektrostatik potansiyelin gradyanı olarak ifade edilen bir vektör miktarıdır veya bazen φ, herhangi bir konumdaki (joule cinsinden ölçülür) herhangi bir yüklü parçacığın elektrik potansiyel enerjisinin, o parçacığın yüküne (coulomb cinsinden ölçülür) bölünmesine eşittir. Parçacık üzerindeki yükü bölerek, elektrik alanının kendisinin bir özelliği olan bir bölüm elde edilir. Kısaca elektrik potansiyeli, birim yük başına elektrik potansiyel enerjisidir.

Bu değer, belirli bir zamanda statik (zamanla değişmeyen) veya dinamik (zamana göre değişen) bir elektrik alanında, joule/coulomb (J⋅C⁻¹) veya volt (V) cinsinden hesaplanabilir. Sonsuzdaki elektrik potansiyelinin sıfır olduğu varsayılır.

Elektrodinamikte zamanla değişen alanlar mevcut olduğunda, elektrik alanı yalnızca skaler potansiyel cinsinden ifade edilemez. Bunun yerine, elektrik alanı hem skaler elektrik potansiyeli hem de manyetik vektör potansiyeli cinsinden ifade edilebilir. Elektrik potansiyeli ve manyetik vektör potansiyeli birlikte dört vektör oluşturur, böylece iki tür potansiyel Lorentz dönüşümleri altında karıştırılır.

Pratik olarak, elektrik potansiyeli uzayda her zaman sürekli bir fonksiyondur; Aksi takdirde, bunun uzamsal türevi, pratik olarak imkansız olan sonsuz büyüklükte bir alan verecektir. İdealleştirilmiş bir nokta yükü bile 1 ⁄ r potansiyeline sahiptir ve bu, orijin dışında her yerde süreklidir. Elektrik alanı, idealleştirilmiş bir yüzey yükü boyunca sürekli değildir, ancak herhangi bir noktada sonsuz değildir. Bu nedenle, elektrik potansiyeli idealize edilmiş bir yüzey yükü boyunca süreklidir. İdealleştirilmiş bir doğrusal yük, doğrusal yük dışında her yerde sürekli olan ln(r) potansiyeline sahiptir.

Elektrostatik

E statik elektrik alanındaki bir r noktasındaki elektrik potansiyeli, çizgi integrali ile verilir.

$V_{\mathbf {E} }=-\int _{\mathcal {C}}\mathbf {E} \cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {\ell }}\,$

burada C, bazı sabit referans noktalarından ${\textstyle \mathbf {r} }$'ye rastgele bir yoldur. Elektrostatikte, Maxwell-Faraday denklemi, ${\textstyle \nabla \times \mathbf {E} }$ kıvrılmasının sıfır olduğunu ortaya çıkararak elektrik alanını muhafazakar hale getirir. Bu nedenle, yukarıdaki çizgi integrali seçilen belirli C yoluna değil, yalnızca uç noktalarına bağlıdır, bu da ${\textstyle V_{\mathbf {E} }}$'yi her yerde iyi tanımlı kılar. Gradyan teoremi daha sonra yazmamıza izin verir:

$\mathbf {E} =-\mathbf {\nabla } V_{\mathbf {E} }\,$

Bu, elektrik alanının daha düşük voltajlara doğru "yokuş aşağı" işaret ettiğini belirtir. Gauss yasasına göre, Poisson denklemini sağlayan potansiyel de bulunabilir:

$\mathbf {\nabla } \cdot \mathbf {E} =\mathbf {\nabla } \cdot \left(-\mathbf {\nabla } V_{\mathbf {E} }\right)=-\nabla ^{2}V_{\mathbf {E} }=\rho /\varepsilon _{0}$

burada ρ toplam yük yoğunluğudur ve ∇· sapmayı gösterir.

Elektrik potansiyeli kavramı, potansiyel enerji ile yakından bağlantılıdır. Bir test yükü q, tarafından verilen bir elektrik potansiyel enerjisine U_E sahiptir.

$U_{\mathbf {E} }=q\,V.\,$

Potansiyel enerji ve dolayısıyla elektrik potansiyeli sadece bir toplamsal sabite kadar tanımlanır: potansiyel enerjinin ve elektrik potansiyelinin sıfır olduğu bir konum keyfi olarak seçilmelidir.

Bu denklemler, kıvrılma ${\textstyle \nabla \times \mathbf {E} \neq \mathbf {0} }$ ise, yani korunumlu olmayan bir elektrik alanı durumunda (değişen bir manyetik alanın neden olduğu; Maxwell denklemlerine bakınız) kullanılamaz. Elektrik potansiyelinin bu duruma genelleştirilmesi, § Elektrodinamiğe genelleme bölümünde açıklanmıştır.

Kaynak

Burdaki yer alan bilgiler en:Electric potential sayfası'ndan çevirilerek edinilmiştir.