41. Потенциал (разница потенциалов) электростатического поля. Потенціал. Різниця потенціалів

За законом збереження енергії робота в електростатичному полі виконується за рахунок зменшення потенціальної енергії зарядженого тіла.

При переміщенні заряду в електростатичному полі заряду q виконується робота:

, яка дорівнює .

Якщо заряд переміщується в нескінченність

Тоді ; .

Потенціальна енергія заряду на нескінченості вважається рівною 0.

Таким чином заряд в електростатичному полі заряду q на відстані r від нього має потенціальну енергію (в системі СІ):

.

Для різних пробних зарядів і т.д. в одній і тій де точці поля (r= const) потенціальна енергія різна і т.д., але відношення потенціальної енергії до відповідних зарядів одне й те саме.

.

Це відношення характеризує певну точку поля називається потенціалом і позначаєтьсяj.

Потенціалом електростатичного поля в будь-якій його точці називається фізична величина, що дорівнює потенціальній енергії одиничного позитивного заряду, розміщеного в цій точці. ().

А також потенціал можна визначити:

Фізична величина, що дорівнює роботі виконуючій силі поля при переміщенні одиничного позитивного заряду із даної точки поля на нескінченність: .

Очевидно, що ця робота в числовому виразі дорівнює роботі зовнішніх сил проти сил електростатичного поля при переміщенні одиничного позитивного заряду із нескінченності в дану точку поля.

На практиці зручніше приймати рівним 0 потенціал Землі.

Це можливо тому, що при будь-яких розрахунках важливо знати різницю потенціалів між двома точками електростатичного поля, а на їх абсолютне значення.

За одиницю потенціалу в системі СІ приймається В (вольт). Потенціал в один вольт має точка поля, в якій заряд в один кулон має потенціальну енергію в 1 джоуль.

.

Потенціал точкового заряду має вираз:

.

Тоді робота по переміщенню заряду в електростатичному полі заряду q із точки потенціалом в точку з потенціалом визначається

, або

Таким чином, робота сил електростатичного поля при переміщенні точкового заряду дорівнює добутку величини цього заряду на різницю потенціалів в початковій і кінцевій точках траєкторії:

,

тому різниця потенціалів двох точок електростатичного поля ( вимірюється роботою сил при переміщенні одиничного позитивного заряду між цими точками.

Потенціал, за визначенням, енергетична характеристика електростатичного поля; величина алгебраїчна (скалярна).

Потенціал електростатичного поля системи зарядів в будь-якій точці поля дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів кожного точкового заряду.

.

В цьому суттєва перевага скалярної характеристики поля (потенціалу) перед його векторною силовою характеристикою (напруженістю), що дорівнює геометричній сумі складених напруженостей.