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電勢


在電場中,某點(diǎn)電荷的電勢能跟它所帶的電荷量(與正負(fù)有關(guān),計(jì)算時(shí)將電勢能和電荷的正負(fù)都帶入即可判斷該點(diǎn)電勢大小及正負(fù))之比,叫做這點(diǎn)的電勢(也可稱電位),通常用φ來表示。電勢是從能量角度上描述電場的物理量。(電場強(qiáng)度則是從力的角度描述電場)。電勢差能在閉合電路中產(chǎn)生電流(當(dāng)電勢差相當(dāng)大時(shí),空氣等絕緣體也會(huì)變?yōu)閷?dǎo)體)。電勢也被稱為電位。

中文名電勢

外文名electric potential

別稱電位

表達(dá)式φA=Ep/q

應(yīng)用學(xué)科物理學(xué)

適用領(lǐng)域范圍電子,物理

    定理定律

    電勢梯度:電偶極子分布圖 在靜電學(xué)里,電勢(electric potential)(又稱為電位)定義為:處于電場中某個(gè)位置的單位電荷所具有的電勢能。電勢只有大小,沒有方向,是標(biāo)量,其數(shù)值不具有絕對意義,只具有相對意義。

    (1)單位正電荷由電場中某點(diǎn)A移到參考點(diǎn)O(即零勢能點(diǎn),一般取無限遠(yuǎn)處或者大地為零勢能點(diǎn))時(shí)電場力做的功與其所帶電量的比值。

    所以φA=Ep/q。在國際單位制中的單位是伏特(V)。

    (2)電場中某點(diǎn)相對參考點(diǎn)O電勢的差,叫該點(diǎn)的電勢。

    “電場中某點(diǎn)的電勢在數(shù)值上等于單位正電荷在那一點(diǎn)所具有的電勢能”。

    公式:ε=qφ(其中ε為電勢能,q為電荷量,φ為電勢),即φ=ε/q

    在電場中,某點(diǎn)的電荷所具的電勢能跟它的所帶的電荷量之比是一個(gè)常數(shù),它是一個(gè)與電荷本身無關(guān)的物理量,它與電荷存在與否無關(guān),是由電場本身的性質(zhì)決定的物理量。

    電勢是描述靜電場的一種標(biāo)量場。靜電場的基本性質(zhì)是它對放于其中的電荷有作用力,因此在靜電場中移動(dòng)電荷,靜電場力要做功。但靜電場中沿任意路徑移動(dòng)電荷一周回到原來的位置,電場力所做的功恒為零,即靜電場力做功與路徑無關(guān),或靜電場強(qiáng)的環(huán)路積分恒為零。[1]

    靜電場的這一性質(zhì)稱為靜電場的環(huán)路定理。根據(jù)靜電場的這一性質(zhì)可引入電勢來描述電場,就好像在重力場中重力做功與路徑無關(guān),可引入重力勢描述重力場一樣。電場中某一點(diǎn)的電勢定義為把單位正電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到電勢為零的點(diǎn),電場力所做的功。通常選擇無限遠(yuǎn)點(diǎn)的電勢為零,因此某點(diǎn)的電勢就等于把單位正電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到無限遠(yuǎn),電場力所做的功,表示為:

    電勢的單位為V(伏),1V=1J/C(1焦/庫)。靜電場中電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成一些曲面,這些曲面稱為等勢面。電力線總是與等勢面正交,并指向電勢降低的方向,因此靜電場中等勢面的分布就繪出了電場分布。電勢雖然是引入描述電場的一個(gè)輔助量,但它是標(biāo)量,運(yùn)算比矢量運(yùn)算簡單,許多具體問題中往往先計(jì)算電勢,再通過電勢與場強(qiáng)的關(guān)系求出場強(qiáng)。電路問題中電勢和電勢壓(即電壓)是一個(gè)很有用的概念。電勢是普遍描述電場的電磁勢的特例。[1]

    物理原理

    電勢梯度 (1) 帶電量q的電荷由電場中某點(diǎn)A移到參考點(diǎn)O(即零勢能點(diǎn),一般取無限遠(yuǎn)處或者大地為這個(gè)零勢能點(diǎn)),電場力做功WAO(將這個(gè)電荷從A點(diǎn)移至零勢能點(diǎn)電場力做的功)跟這個(gè)電荷的電量q比值叫(AO兩點(diǎn)電勢差)A點(diǎn)電勢,

    電勢也是只有大小,沒有方向,也是標(biāo)量。和地勢一樣,電勢也具有相對意義,在具體應(yīng)用中,常取標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢能為零,所以標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢也為零。電勢只不過是和標(biāo)準(zhǔn)位置相比較得出的結(jié)果。我們常取地球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)位置;在理論研究時(shí),我們常取無限遠(yuǎn)處為標(biāo)準(zhǔn)位置,在習(xí)慣上,我們也常用“電場外”這樣的說法來代替“零電勢位置”。 電勢是一個(gè)相對量,其參考點(diǎn)是可以任意選取的。無論被選取的物體是不是帶電,都可以被選取為標(biāo)準(zhǔn)位置-------零參考點(diǎn)。例如地球本身是帶負(fù)電的,其電勢相對于無窮遠(yuǎn)處約為8.2×10^8V。盡管如此,照樣可以把地球作為零電勢參考點(diǎn),同時(shí)由于地球本身就是一個(gè)大導(dǎo)體,電容量很大,所以在這樣的大導(dǎo)體上增減一些電荷,對它的電勢改變影響不大。其電勢比較穩(wěn)定,所以,在一般的情況下,還都是選地球?yàn)榱汶妱輩⒖键c(diǎn)。

    電勢的特點(diǎn)是:不管是正電荷的電場線還是負(fù)電荷的電場線,只要順著電場線的方向總是電勢減小的方向,逆著電場線總是電勢增大的方向。

    正電荷電場中各點(diǎn)電勢為正,遠(yuǎn)離正電荷,電勢降低。

    負(fù)電荷電場中各點(diǎn)電勢為負(fù),遠(yuǎn)離負(fù)電荷,電勢增高。

    物理意義:

    (1)由電場中某點(diǎn)位置決定,反映電場能的性質(zhì)。

    (2)與檢驗(yàn)電荷電量、電性無關(guān)。

    (3)表示將1C正電荷移到參考點(diǎn)電場力做的功。

    電勢差與電勢的關(guān)系:

    電場力做功:

    ①公式:W=qU

    ②∵ U由電場中兩點(diǎn)位置決定,∴W由q,U決定與路徑無關(guān),和重力做功一樣,屬于保守力做功。

    ③特點(diǎn):電場力做功由移動(dòng)電荷和電勢差決定,與路徑無關(guān)。

    電荷周圍產(chǎn)生的靜電場的電勢差與電勢的公式與推導(dǎo): 對于一個(gè)正點(diǎn)電荷帶電量為Q,在它的周圍有向外輻射的電場。任取一條電場線,在上面任取一點(diǎn)A距廠源電荷為r,在A點(diǎn)放置一個(gè)電荷量為q的點(diǎn)電荷。使它在電場力作用下沿電場線移動(dòng)一個(gè)很小的位移△x.由于這個(gè)位移極小,所以認(rèn)為電場力在這段位移上沒有改變,得φ=KQ(1/r)。

    物理方法

    電勢梯度 (1)由電場中某點(diǎn)位置決定,反映電場能的性質(zhì)。

    (2)與檢驗(yàn)電荷電量、電性無關(guān)。

    (3)表示將1C正電荷從參考點(diǎn)移到零勢點(diǎn)電場力做的功。

    電荷周圍產(chǎn)生的靜電場的電勢差與電勢的公式與推導(dǎo):

    一場源點(diǎn)荷為Q,在距Q為r的A點(diǎn)有一點(diǎn)電荷為q,求證:此A處電勢

    證明:我們?nèi)〉氖莚(i+1)-r(i)=△r, △r→0

    那么r(i+1)到r(i),也就是△r這一段內(nèi)的庫侖力可以看做常量F(r(i))=kQq/(r(i))^2

    那么這一段內(nèi)庫侖力做功:

    △W(i)≈F(r(i))·△r=kQq·△r/(r(i))^2≈kQq·△r/(r(i)·r(i+1))=

    kQq·(r(i+1)-r(i))/(r(i)·r(i+1))=kQq·(1/r(i)-1/r(i+1)) 這樣后再累加起來就是

    ∑△W(i)=W=kQq/r(1)-kQq/r(n) 得到公式

    等量同種點(diǎn)電荷電勢分布:

    (1)正點(diǎn)電荷連線上:中點(diǎn)電勢最低,從中點(diǎn)向兩側(cè)電勢逐漸升高;

    (2)連線中垂線上:從中點(diǎn)向中垂線兩側(cè)電勢降低,直至無限遠(yuǎn)處電勢為零;

    (3)負(fù)點(diǎn)電荷的情況正好相反。

    等量異種點(diǎn)電荷電勢分布:

    (1)點(diǎn)電荷連線上:沿電場線方向,電勢從正電荷到負(fù)電荷依次降低;

    (2)連線中垂線上:中垂線上任意兩點(diǎn)之間電勢差為零,即中垂線上電勢為零。

    參考資料

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