Elektrisches Potential und Potentialdifferenz

Angenommen, eine positive Testladung entfernt sich von einer positiven statischen Ladung. Dann verrichtet die Coulomb-Kraft positive Arbeit und ihre elektrische potentielle Energie nimmt ab. Die potentielle Energie pro Ladungseinheit wird als elektrisches Potential definiert. Das elektrische Potential ist unabhängig von der Testladung.

Wenn eine Testladung von der Anfangs- zur Endposition bewegt wird, wird die elektrische Potentialdifferenz zwischen diesen Positionen als Verhältnis der Änderung der potentiellen Energie zur Ladung der Testladung definiert. Die Einheiten der Potentialdifferenz sind Joule pro Coulomb, auch bekannt als Volt (V), benannt nach Alessandro Volta. Die Potentialdifferenz wird auch als Spannung bezeichnet, eine weit verbreitete Bezeichnung in elektronischen Schaltkreisen. Jede Batterie hat zum Beispiel zwei Anschlüsse, und ihre Spannung ist die Potentialdifferenz zwischen ihnen.

Spannung ist nicht dasselbe wie Energie. Spannung ist die Energie pro Ladungseinheit. Daher kann eine Motorrad- und eine Autobatterie dieselbe Spannung haben (genauer gesagt dieselbe Potentialdifferenz zwischen den Batterieanschlüssen), aber eine enthält deutlich mehr Energie als die andere. Die Autobatterie kann mehr Ladung bewegen als die Motorradbatterie, obwohl beide 12-Volt-Batterien sind.

Das elektrische Potential aufgrund einer einzelnen Ladung kann einfach auf das System von mehreren Ladungen verallgemeinert werden, indem die algebraische Summe der elektrischen potentiellen Energien aufgrund mehrerer Ladungen genommen und durch die Ladung der Testladung geteilt wird. Für eine kontinuierliche Ladungsverteilung kann das Potential berechnet werden, indem das Ladungselement über die Entfernung, an der sich die Testladung befindet, integriert wird.