פוטנציאל חשמלי

פוטנציאל חשמלי מגדיר את האנרגיה של חלקיק טעון. זה יוצר שדה חשמלי וכוח חשמלי, והוא הבסיס לתופעות חשמליות רבות.

המונח פוטנציאל חשמלי מסומן על ידי הסמל היווני Φ. זוהי כמות סקלרית עם סימן וגודל. כל מטען יוצר פוטנציאל חשמלי בחלל שסביבו. זה שונה מהמונח מתח, אם כי שתי הכמויות הפיזיות האלה נמדדות בוולט.

כאן, נסביר תחילה מהם מונחים אלה, נדון בפרמטרים המשפיעים על Φ, ולאחר מכן נדגים את מדידת הפוטנציאל החשמלי סביב כדור טעון.

כפי שנדון בסרטון האנרגיה והעבודה, אנרגיה פוטנציאלית של כל אובייקט של מסה m בהשפעת תאוצת הכבידה g שווה לכמות העבודה הדרושה כדי להזיז את האובייקט הזה בגובה h מהקרקע. מתמטית, הוא ניתן על ידי הנוסחה mgh ויש לו את היחידה של Joules.

באופן דומה, בשדה החשמלי E סביב משטח טעון חיובית, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בנקודה מסוימת ביחס לנקודת התייחסות היא כמות העבודה הדרושה כדי להזיז מטען בדיקה חיובי +q מההתייחסות לאותה נקודה ספציפית. המרחק בין שתי הנקודות מסומן באות d. מקביל לאנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית היא תוצר של q , E, ו- d, ויש לה את היחידות של Joules.

לאחר מכן, הפוטנציאל החשמלי או Φ בשלב זה של השדה הוא האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית חלקי 'q', המטען על מטען הבדיקה. לכן, היחידה עבור Φ הוא joules לכל קולון, AKA וולט.

עכשיו, אם ניקח בחשבון נקודה אחרת בתחום, יהיה לה פוטנציאל חשמלי שונה; תגיד Φ0. ההבדל הפוטנציאלי או Φdiff בין שתי הנקודות ידוע בשם מתח. זהו הרעיון מאחורי סוללה, שבה המסוף החיובי הוא בעל פוטנציאל חשמלי גבוה יותר בהשוואה למסוף השלילי וההבדל בין שני הפוטנציאלים הוא המתח של הסוללה.

אם נחזור לפוטנציאל חשמלי, זכרו שמדובר בכמות סקלרית עם סימן וגודל. השלט תלוי בתשלום המקור. סביב מטען חיובי מבודד, הפוטנציאל הוא חיובי, ואילו סביב מטען שלילי מבודד הוא שלילי.

גודל הפוטנציאל תלוי ב- Q של מטען המקור המייצר את השדה החשמלי, במרחק d ממטען המקור ובתצורה.

לדוגמה, הפוטנציאל החשמלי בכל נקודה נתונה סביב טעינת נקודה או כדור חיובי טעון באופן אחיד עם מטען Q ניתן על ידי נוסחה זו. ניכר כי Φ הוא ביחס הפוך למרחק מן הספירה. וגרף הגודל הפוטנציאלי החשמלי לעומת המרחק מתקרב לאפס באין סוף.

תלות זו ב- d גם מצביעה על כך שלכל המיקומים באותו רדיוס מהספירה טעונה יהיה את אותו הפוטנציאל. משמעות הדבר היא כי ישנם משטחים שוויווי משקל של צורה כדורית סביב כדור טעון.

כעת, לאחר שהסברנו את המושגים שמאחורי הפוטנציאל החשמלי וההבדל הפוטנציאלי, בואו נראה כיצד לאמת את העקרונות האלה באופן ניסיוני באמצעות כדור טעון.

ניסוי זה משתמש בגנרטור ואן דר גראף כדי לטעון כדור מתכת. חבר את המסוף השלילי של מד וולטמטר למסוף הייחוס או לקרקע של הגנרטור. השתמש בכבל כדי לחבר את המסוף החיובי של מד הוולטמטר לקצה בדיקה.

סובבו את הארכובה של הגנרטור לפחות 10 פעמים כדי לטעון את הכדור ואז הפעילו את מד הוולטמטר והנחו את קצה גשושית המתח במרחק של כחצי מטר ממרכז הכדור. הקלט את קריאת המתח במיקום זה.

הזז את קצה הגשוש סביב הכדור תוך שמירה על רדיוס קבוע של חצי מטר מהמרכז. במהלך תקופה זו, התבונן במדידות הוופטמטר ושים לב כיצד הקריאה נשארת קבועה, מה שמצביע על משטח שוויוני כדורי.

חזור על הליך זה עם קצה הבדיקה במרחק של מטר אחד, ולאחר מכן מטר וחצי ממרכז הכדור.

התוויית הפוטנציאל הנמדד לעומת המרחק מציגה עקומה ההופכת עם המרחק, המאמתת את הקשר התיאורטי בין פוטנציאל חשמלי למרחק, לספירה טעונה.

פוטנציאל חשמלי הוא אחת הכמויות החשמליות הנפוצות ביותר והוא בסיסי לאחסון ושחרור של אנרגיה חשמלית.

מיקרוסקופ אלקטרונים משתמש בהבדל פוטנציאלי חשמלי גבוה כדי להאיץ אלקטרונים בקרן שמפציצה את הדגימה בבדיקה. אלקטרונים אלה פועלים כמו אור במיקרוסקופ אופטי, אך עם אורכי גל קטנים בהרבה ורזולוציה מרחבית גדולה בהרבה, המאפשרים את היכולת לדמיין מבנים בגודל תת-מיקרון.

פוטנציאל חשמלי הוא מרכיב חשוב באלקטרופורזה של ג'ל - טכניקה ביולוגית מולקולרית המשמשת בדרך כלל להפרדת מולקולות גדולות, כגון DNA, לפי גודל ומטען. בטכניקה זו, חומר מדגם ממוקם על לוח של ג'ל אגרוז והבדל פוטנציאלי חשמלי מוחל בין הקצוות. בשדה החשמלי שנוצר, המולקולות השונות והשברים המולקולריים נעים במהירויות התלויות במטען ובמשקל מולקולרי.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לפוטנציאל חשמלי. עכשיו אתה צריך לדעת איך למדוד פוטנציאל חשמלי, ולהבין איך זה משפיע על מטענים ומתייחס לאנרגיה פוטנציאלית חשמלית. תודה שצפיתם!