电势

Physics II

Your institution must subscribe to JoVE's Physics collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Overview

资料来源: 陈博士体育永,物理系 & 天文学、 科技大学、 普渡大学、 西拉斐特,在

电势,也被称为"电压"措施每单位电荷电势能。电场是标量,是很多的电效应的基础。潜在的能量,像什么是物理意义是电势的差异。例如,电势的空间变化被有关电场作用下,由此引出对电荷的电场力。电势之间电阻中的两个点的差异驱动电流流。

本实验将使用电压表和荧光灯管演示 (更准确地说,在空间中两点之间电势差) 产生的电场荷电球。实验将演示等势面的,垂直于电场的概念。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 物理学精要 II. 电势. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

位于原点的点电荷 Q (r = 0) 产生潜在的电流:

Equation 1(方程 1)

在距离从收费空间中任何一点 (在起源 r = 0)。方程 1还介绍了由一个均匀带电球体产生的电位 (集中在 r = 0) 与总电荷 Q 在空间的外球面 (图 1)。在这两种情况下,(其中可能是零) 的"参考"点是在无限的距离,从电荷。电势沿径向方向,是电场的方向各不相同。

对于两个点 P1和 P2距离 r1和 r2以原点 (电荷中心),这两个点之间的电位差分别是:

Equation 2(公式 2)

如果点 P2是无穷远 (→∞),这减少了方程 2方程 1。因此,还有两点间的电势差,当且仅当这两点有不同距离的起源 (电荷中心)。中心在原点的球面在这种情况下是"等位面"。请注意在这种情况下,电场 (沿径向方向) 垂直于等势面 (球)。这原来是大致如此: 等势面是垂直于电场方向。

Figure 1

图 1:显示连接到发电机的荷电的球的图示。伏特计用于测量电势在点"A"(距离 r 从球体中心)。

Procedure

1.由于带电球体的电势

  1. 获得范格拉夫发电机,可以把电荷放在一个金属球体。球体中心被定义为对这次试验的起源。
  2. 获取一个电压表。连接 (使用导电电缆) 其"−"终端到地面或参考终端上范德萨格拉夫发电机,或 (如大的导电管) 电气地面很远的地方 (至少几米) 从发电机。其"+"的终端与电压表电压探针,可以到处移动电缆连接起来。示意图连接如图 1所示。
  3. 至少 10 轮流充电领域打开曲柄的发电机。
  4. 与打开的电压表,放置探针尖的电压 (连接到电压表的"+"终端) 以原点约 0.5 米。使用一把尺子来衡量或到距离标示为事先,如果需要。记录电压上电压表读数。走动的提示但保持以原点的距离。观察电压表的读数。
  5. 与电压探针分别放置在约 1 米、 1.5 米,重复上面的步骤。
  6. 获得 (手持) 荧光管。管带到远离中心的带电球体 (图 2a) 约为 0.5 米。首先,东方管,它是沿径向方向领域。观察管 (关灯便于观察相对黑暗中)。所以,它是垂直于径向方向 (图 2b),然后将管旋转 90 度。再次观察管。

Figure 3
图 2: 显示连接到发电机的荷电的球的图表。荧光管用于指示管的两端之间的电位差。情况下 (a) 管面向沿径向方向;和 (b) 管是定向为的垂直于径向方向。

电势定义一个带电粒子的能量。它引起电场和电场力,并且是很多的电现象的基础。

由希腊符号 Φ 表示电位一词。它是标量与的符号和大小。在它周围的空间,任何电荷产生电势。它有别于任期电压,虽然这两个这些物理量的测量伏特。

在这里,我们将首先解释这些条款是什么,讨论影响 Φ,然后展示的带电球体周围的电位测量的参数。

如所述的能量和工作视频,质量为m的重力加速度g影响下的任何对象的势能是等于工作需要将该对象移离地面的高度h 。数学上,它给出了由公式mgh ,焦耳的单位。

同样,在周围的电场E正电的表面,在一个特定的点相对于参考点的潜力电能是移动积极测试电荷 +q从对某一特定时刻的引用所需的工作量。两个点之间的距离由字母d表示。类似于重力势能,电气势能是产品的qEd,,单位为焦耳。

然后,电势或 Φ 点上字段是潜力的电能除以 'q',测试电荷的电荷。因此,Φ 的单位是焦耳每库仑,AKA 伏特。

现在,如果我们考虑场中的另一个点,它会有不同的电位;说 Φ0。电位差或Φdiff 两个点之间被称为电压。这是电池的一个电池,在正极端子处于高电位相比的负面终端和两个电位之间的区别是电池的电压背后的概念。

回到电势,记得它是标量与的符号和大小。标志取决于源电荷。孤立的正电荷,周围可能是积极的而周围孤立的负电荷,它是负面。

潜力的大小取决于Q源电荷产生电场,距离d从源电荷和配置。

例如,在任何给定点周围点电荷或电荷 Q 积极均匀带电的球面电势是由下式。很明显,Φ 是成反比的距离从领域。电动潜在规模与距离的关系图是逆平方情节与电的潜在价值,接近零在无穷远处。

这种对d依赖也指示从带电球体半径相同的所有地点会都有同样的潜力。这意味着等电位带电球体周围的球面形状的表面

现在,我们已经解释过的电动电位与差异背后的概念,让我们看看如何验证实验利用带电的球这些原则。

本实验采用范格拉夫发电机充电的金属球。电压表的负极端子连接到发电机的参考终端或地面。使用电缆连接到探针针尖的电压表的正极端子。

摇把发电机的至少 10 次收取球然后开机电压表和从球体的中心放置探针尖的电压大约半米。记录的电压读数在这个位置。

同时保持恒定半径的一半米从中心移动探针球体的周围。在这段时间,观察电压表测量,并注意如何阅读保持不变,表明球形的等势面。

重复此过程与探针在距离一米,然后一个半米从中心的范围。

与距离测量电势的情节显示成反比随距离,验证理论电势与荷电球的距离,之间的关系曲线。

电势是最常用的电气量之一,是基本的储存和释放电能。

电子显微镜使用高电势差加速电子的轰击下检查样品一束。这些电子的行为像光在光学显微镜下,但与很多规模较小的波长和很多更大的空间分辨率,使可视化亚微米能力大小结构。

电势是凝胶电泳-通常用于分离大分子,如 DNA,由大小和电荷的分子生物学技术的重要组成部分。在这种技术,样品材料放在琼脂糖凝胶板和电势差应用端点之间。在由此产生的电场中,各种分子和分子片段移动速度取决于电荷和分子量。

你刚看了电势的朱庇特的简介。你现在应该知道如何测量电势,并且理解如何影响收费涉及电动势能。谢谢观赏 !

Results

在步骤 1.4-1.5,可以观察电压表给类似读数,如果探针针尖保持在类似距离从原点 (即,等势面上)。然而,电压下降如果探头移动得更远以原点。阅读在 1 米和 1.5 米远的电压将约 1/2 和 1/3 的阅读在 0.5 米,分别。如果电压 V 随逆距离测量绘制了 (1/r),结果一条直线,按预期从方程 1

Applications and Summary

电势 (电压) 是无处不在也许最常用数量的电力。它经常是更方便地使用电动电位 (这是一个标量) 比电场 (这是一个向量),即使这两个可以彼此相关。电势差用来驱动和控制电荷运动 (加速/减速/偏转收费),例如在电视屏幕或电子显微镜。电势差 (我们通常称之为电压) 也是什么驱动电流导体中的流动。每当一个测量电压,一个测量电势差两个点 (其中之一是有时一个参考点或地面定义为具有零电位) 之间。

实验的作者承认援助的加里 · 哈德逊的材料制备和 Chuanhsun 李演示视频中的步骤。

1.由于带电球体的电势

  1. 获得范格拉夫发电机,可以把电荷放在一个金属球体。球体中心被定义为对这次试验的起源。
  2. 获取一个电压表。连接 (使用导电电缆) 其"−"终端到地面或参考终端上范德萨格拉夫发电机,或 (如大的导电管) 电气地面很远的地方 (至少几米) 从发电机。其"+"的终端与电压表电压探针,可以到处移动电缆连接起来。示意图连接如图 1所示。
  3. 至少 10 轮流充电领域打开曲柄的发电机。
  4. 与打开的电压表,放置探针尖的电压 (连接到电压表的"+"终端) 以原点约 0.5 米。使用一把尺子来衡量或到距离标示为事先,如果需要。记录电压上电压表读数。走动的提示但保持以原点的距离。观察电压表的读数。
  5. 与电压探针分别放置在约 1 米、 1.5 米,重复上面的步骤。
  6. 获得 (手持) 荧光管。管带到远离中心的带电球体 (图 2a) 约为 0.5 米。首先,东方管,它是沿径向方向领域。观察管 (关灯便于观察相对黑暗中)。所以,它是垂直于径向方向 (图 2b),然后将管旋转 90 度。再次观察管。

Figure 3
图 2: 显示连接到发电机的荷电的球的图表。荧光管用于指示管的两端之间的电位差。情况下 (a) 管面向沿径向方向;和 (b) 管是定向为的垂直于径向方向。

电势定义一个带电粒子的能量。它引起电场和电场力,并且是很多的电现象的基础。

由希腊符号 Φ 表示电位一词。它是标量与的符号和大小。在它周围的空间,任何电荷产生电势。它有别于任期电压,虽然这两个这些物理量的测量伏特。

在这里,我们将首先解释这些条款是什么,讨论影响 Φ,然后展示的带电球体周围的电位测量的参数。

如所述的能量和工作视频,质量为m的重力加速度g影响下的任何对象的势能是等于工作需要将该对象移离地面的高度h 。数学上,它给出了由公式mgh ,焦耳的单位。

同样,在周围的电场E正电的表面,在一个特定的点相对于参考点的潜力电能是移动积极测试电荷 +q从对某一特定时刻的引用所需的工作量。两个点之间的距离由字母d表示。类似于重力势能,电气势能是产品的qEd,,单位为焦耳。

然后,电势或 Φ 点上字段是潜力的电能除以 'q',测试电荷的电荷。因此,Φ 的单位是焦耳每库仑,AKA 伏特。

现在,如果我们考虑场中的另一个点,它会有不同的电位;说 Φ0。电位差或Φdiff 两个点之间被称为电压。这是电池的一个电池,在正极端子处于高电位相比的负面终端和两个电位之间的区别是电池的电压背后的概念。

回到电势,记得它是标量与的符号和大小。标志取决于源电荷。孤立的正电荷,周围可能是积极的而周围孤立的负电荷,它是负面。

潜力的大小取决于Q源电荷产生电场,距离d从源电荷和配置。

例如,在任何给定点周围点电荷或电荷 Q 积极均匀带电的球面电势是由下式。很明显,Φ 是成反比的距离从领域。电动潜在规模与距离的关系图是逆平方情节与电的潜在价值,接近零在无穷远处。

这种对d依赖也指示从带电球体半径相同的所有地点会都有同样的潜力。这意味着等电位带电球体周围的球面形状的表面

现在,我们已经解释过的电动电位与差异背后的概念,让我们看看如何验证实验利用带电的球这些原则。

本实验采用范格拉夫发电机充电的金属球。电压表的负极端子连接到发电机的参考终端或地面。使用电缆连接到探针针尖的电压表的正极端子。

摇把发电机的至少 10 次收取球然后开机电压表和从球体的中心放置探针尖的电压大约半米。记录的电压读数在这个位置。

同时保持恒定半径的一半米从中心移动探针球体的周围。在这段时间,观察电压表测量,并注意如何阅读保持不变,表明球形的等势面。

重复此过程与探针在距离一米,然后一个半米从中心的范围。

与距离测量电势的情节显示成反比随距离,验证理论电势与荷电球的距离,之间的关系曲线。

电势是最常用的电气量之一,是基本的储存和释放电能。

电子显微镜使用高电势差加速电子的轰击下检查样品一束。这些电子的行为像光在光学显微镜下,但与很多规模较小的波长和很多更大的空间分辨率,使可视化亚微米能力大小结构。

电势是凝胶电泳-通常用于分离大分子,如 DNA,由大小和电荷的分子生物学技术的重要组成部分。在这种技术,样品材料放在琼脂糖凝胶板和电势差应用端点之间。在由此产生的电场中,各种分子和分子片段移动速度取决于电荷和分子量。

你刚看了电势的朱庇特的简介。你现在应该知道如何测量电势,并且理解如何影响收费涉及电动势能。谢谢观赏 !

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE