Разность потенциалов
Определение потенциала, как и потенциальной энергии, является в подавляющем большинстве случаев промежуточным действием. Как правило, практическое значение имеет определение работы, которую выполняет электрическое поле.
Связанный непосредственно с потенциальной энергией, потенциал может быть определен лишь с точностью до определенной постоянной величины, значение которой зависит от выбора нулевого уровня отсчета.
Значение потенциала определяется с точностью до некоторой постоянной величины.
Потенциал точки поля определяется по напряженности электрического поля E и расстоянию ее от нулевого уровня l.
φ = El.
Работа в электростатическом поле определяется однозначно.
Если выбор нулевого уровня произвольный, то и значение l может быть произвольным. Поэтому часто потенциал записывают в виде
φ = El + C,
С — константа.
Если же определять работу, которая по определению равна изменению потенциальной энергии с противоположным знаком, то получается вполне определенная величина:
A = qEl1 + C — qEl2 — C = qEl1 — qEl2.
Полученное выражение можно записать в виде
A = q(φ1 — φ2) = qΔφ.
Отсюда
Δφ = φ1 — φ2 = A / q.
Поскольку работа и электрический заряд измеряются однозначно, то и разность потенциалов будет иметь вполне определенное значение. Поэтому разность потенциалов считают отдельной физической величиной.
Физическая величина, характеризующая энергетическое состояние поля и равная отношению работы по перемещению заряженного тела из одной точки поля в другую к значению заряда, называется разностью потенциалов.
Разность потенциалов в электростатическом поле определяется однозначно.
Для измерения разности потенциалов, как и потенциала, применяется единица 1 вольт и производные от него единицы: 1 мВ, 1 мкВ, 1 кВ, 1 MB. Прибор, которым измеряют разность потенциалов, называется вольтметром.
Из предыдущего известно, что разность потенциалов в однородном поле связана с напряженностью электрического поля:
φ1 — φ2 = E(l1 — l2).
Отсюда
E = (φ1 — φ2) / (l1 — l2) = Δφ / Δl.
Последнее выражение использовано для введения единицы напряженности электрического поля. При φ1 — φ2 = 1 В и l1 — l2 = 1 м получим Е = 1 В/м.
По разности потенциалов можно определить напряженность электростатического поля.
