Co to jest potencjał elektryczny

Potencjał elektryczny to ilościowa charakterystyka pola elektrycznego oparta na pomiarze pracy sił elektrycznych, które pole wykonuje, gdy przemieszczają się przez nie ładunki. Do pomiaru potencjału elektrycznego służą specjalne urządzenia — elektroskopy i elektrometry.

Pole elektryczne wytwarzane przez ładunki ma następującą ważną właściwość: praca wykonywana przez siły pola, gdy ładunki się w nim poruszają, zależy tylko od położenia początkowego i końcowego punktu ruchu, ale nie zależy od ścieżki, po której zachodzi ruch (pole o takiej właściwości nazywa się potencjałem).

Dlatego pole elektryczne w dowolnym punkcie można scharakteryzować pracą, jaką wykonują siły pola, gdy określony ładunek przemieszcza się z danego punktu do nieskończoności (praktycznie do tak odległego punktu, że pole w nim można już uznać za równe zeru) .

Taką charakterystyką jest potencjał elektryczny w danym punkcie pola, który wyraża się pracą, jaką siły pola wykonują, gdy ładunek dodatni zostanie usunięty z tego punktu do nieskończoności.

Jeżeli ruch ten następuje w kierunku siły działającej na bok pola, to siła ta wykonuje pracę dodatnią i potencjał punktu startowego jest dodatni. Jeśli ruch jest skierowany w stronę siły działającej na bok pola, to siła pola wykonuje pracę ujemną, a potencjał punktu początkowego jest ujemny.

Ponieważ praca wykonana, gdy ładunek porusza się w polu elektrycznym, nie zależy od ścieżki, ale tylko od położenia punktów początkowych i końcowych, praca wykonana podczas poruszania się po każdej ścieżce z punktu A do punktu B jest równa sumie wykonanej pracy przy przechodzeniu od A do nieskończoności i od nieskończoności do B (ponieważ ostatnie dwa ruchy reprezentują również ruch od A do B, ale inną drogą).

Innymi słowy, praca wykonana przez siły pola, gdy jednostkowy ładunek dodatni przemieszcza się z punktu A do punktu B, jest równa różnicy potencjałów elektrycznych w punktach A i B.

Swobodny ładunek dodatni pod działaniem siły pola elektrycznego będzie zawsze poruszał się w kierunku działania siły, która wykona dodatnią pracę, to znaczy zawsze będzie przemieszczał się od punktów o wyższym potencjale do punktów o niższym potencjale. Wręcz przeciwnie, ładunki ujemne będą przemieszczać się z punktu o niższym potencjale do punktów o wyższym potencjale.

Tak jak ciała ciężkie w polu grawitacyjnym poruszają się od wyższego do niższego potencjału, tak dodatnie ładunki elektryczne przemieszczają się od wyższego do niższego potencjału.

Podobnie jak w przypadku ruchu ciał ciężkich, nie ma znaczenia bezwzględny poziom w jakimkolwiek punkcie, ale różnica poziomów punktów, między którymi poruszają się ciała, tak w przypadku ruchu ładunków elektrycznych nie liczy się wielkość potencjału sama (mierzona względem nieskończoności), co jest istotne, ale różnica potencjałów punktów, między którymi może zachodzić ruch ładunków elektrycznych, na przykład punktów połączonych drutem.

Dlatego we wszystkich problemach elektrycznych rolę odgrywa nie potencjał, ale różnica potencjałów, i dla tej ostatniej wielkości wprowadzono specjalną nazwę — Napięcie (potencjalna różnica między dwoma punktami). Jednostką miary różnicy potencjałów (napięcia) w praktycznym układzie jednostek jest wolt.

Istnieją również koncepcje w elektrotechnice potencjał elektrody I stykowa różnica potencjałów.