Elektrisch potentieel

Elektrisch potentiaal definieert de energie van een geladen deeltje. Het geeft aanleiding tot elektrisch veld en elektrische kracht, en is de basis van veel elektrische verschijnselen.

De term elektrisch potentiaal wordt aangeduid met het Griekse symbool?. Het is een scalaire grootheid met een teken en grootte. Elke lading creëert elektrisch potentiaal in de ruimte eromheen. Het is anders dan het begrip spanning, hoewel beide fysische grootheden in Volt worden gemeten.

Hier zullen we eerst uitleggen wat deze termen zijn, de parameters bespreken die? beïnvloeden, en vervolgens de meting van elektrisch potentiaal rond een geladen bol demonstreren.

Zoals besproken in de video over Energie en Werk, is de potentiële energie van elk object van massa m onder invloed van de zwaartekrachtversnelling g gelijk aan de hoeveelheid werk die nodig is om dat object op een hoogte h van de grond te verplaatsen. Wiskundig wordt dit gegeven door de formule mgh en heeft de eenheid Joules.

Evenzo, in het elektrische veld E rond een positief geladen oppervlak, is de elektrische potentiële energie op een specifiek punt ten opzichte van een referentiepunt de hoeveelheid werk die nodig is om een positieve testlading +q van het referentiepunt naar dat specifieke punt te verplaatsen. De afstand tussen de twee punten wordt aangeduid met de letter d. Analoog aan de zwaartekrachtpotentiële energie is de elektrische potentiële energie het product van q, E en d, en heeft de eenheden van Joules.

Vervolgens is het elektrisch potentiaal of? op dat punt in het veld de elektrische potentiële energie gedeeld door 'q', de lading van de testlading. Daarom is de eenheid voor ? joules per coulomb, ook bekend als volt.

Nu, als we een ander punt in het veld beschouwen, zou het een ander elektrisch potentiaal hebben; zeggen ?0. Het potentiaalverschil of?diff tussen de twee punten staat bekend als spanning. Dit is het concept achter een batterij, waarbij de positieve aansluiting op een hoger elektrisch potentiaal staat vergeleken met de negatieve aansluiting en het verschil tussen de twee potentiaals is de spanning van de batterij.

Terugkomend op elektrisch potentiaal, herinner dat het een scalaire grootheid is met een teken en grootte. Het teken hangt af van de bronlading. Rond een geïsoleerde positieve lading is het potentiaal positief, terwijl het rond een geïsoleerde negatieve lading negatief is.

De grootte van het potentiaal hangt af van de Q van de bronlading die het elektrische veld produceert, de afstand d van de bronlading, en de configuratie.

Bijvoorbeeld, het elektrisch potentiaal op elk willekeurig punt rond een puntlading of een uniform geladen positieve bol met lading Q wordt gegeven door deze formule. Het is duidelijk dat? omgekeerd evenredig is met de afstand van de bol. En de grafiek van de grootte van het elektrisch potentiaal versus afstand nadert nul bij oneindig.

Deze afhankelijkheid van d geeft ook aan dat alle locaties op dezelfde straal van de geladen bol hetzelfde potentiaal zouden hebben. Dit betekent dat er equipotentiële oppervlakken van sferische vorm rond een geladen bol zijn.

Nu we de concepten achter elektrisch potentiaal en potentiaalverschil hebben uitgelegd, laten we eens kijken hoe we deze principes experimenteel kunnen valideren met behulp van een geladen bol.

Dit experiment gebruikt een Van der Graff-generator om een metalen bol op te laden. Verbind de negatieve aansluiting van een voltmeter met de referentieterminal of aarde van de generator. Gebruik een kabel om de positieve aansluiting van de voltmeter met een sondetip te verbinden.

Draai de kruk van de generator ten minste 10 keer om de bol op te laden, zet vervolgens de voltmeter aan en plaats de punt van de spanningssonde ongeveer een halve meter van het centrum van de bol. Noteer de spanningswaarde op deze locatie.

Verplaats de sondetip rond de bol terwijl u een constante straal van een halve meter van het centrum handhaaft. Observeer tijdens deze tijd de voltmetermetingen en merk op hoe de lezing constant blijft, wat een sferische equipotentiële oppervlakte aangeeft.

Herhaal deze procedure met de sondetip op een afstand van een meter en vervolgens anderhalve meter van het centrum van de bol.

De grafiek van gemeten potentiaal versus afstand toont een curve die omgekeerd evenredig afneemt met de afstand, wat de theoretische relatie tussen elektrisch potentiaal en afstand valideert voor een geladen bol.

Elektrisch potentiaal is een van de meest gebruikte elektrische grootheden en is fundamenteel voor het opslaan en vrijgeven van elektrische energie.

Een elektronenmicroscoop gebruikt een hoge elektrische potentiaalverschil om elektronen in een straal te versnellen die het onderzochte monster bombardeert. Deze elektronen werken als een licht in een optische microscoop, maar met veel kleinere golflengten en een veel grotere ruimtelijke resolutie, waardoor het mogelijk is om structuren in submicrongrootte te visualiseren.

Elektrisch potentiaal is een belangrijk onderdeel van gelelektroforese - een moleculaire biologietechniek die vaak wordt gebruikt voor het scheiden van grote moleculen, zoals DNA, op grootte en lading. In deze techniek wordt monsterstof op een plak agarosegel geplaatst en wordt een elektrisch potentiaalverschil aangebracht tussen de uiteinden. In het resulterende elektrische veld bewegen de verschillende moleculen en moleculaire fragmenten met snelheden die afhankelijk zijn van lading en moleculair gewicht.

Je hebt zojuist de introductie van JoVE tot elektrisch potentiaal bekeken. Je zou nu moeten weten hoe je elektrisch potentiaal meet en begrijpen hoe het ladingen beïnvloedt en hoe het gerelateerd is aan elektrische potentiële energie. Bedankt voor het bekijken!