+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Разность потенциалов, единицы измерения — Справочник химика 21

    Наиболее значимая величина при расчете устройств катодной защиты — переходное сопротивление труба — земля , которое определяется путем измерений. Переходное сопротивление подземного изолированного металлического сооружения изменяется в широких пределах в зависимости от состояния изоляционного покрытия оно может составлять несколько единиц или десятков омов на квадратный метр, если изоляция практически отсутствует, и достигать Ю . … .. 10 Ом-м для изоляции, выполненной в соответствии со всеми требованиями. Таким образом, переходное сопротивление труба -земля характеризует качество изоляционного покрытия, но оно зависит также от удельного электрического сопротивления грунта. Чем больше удельное сопротивление грунта, тем выше переходное сопротивление труба — земля . Это сопротивление определяется с помощью катодной поляризации. Разность потенциала труба — земля при катодной поляризации со временем растет.
Поэтому при малом времени результаты контроля могут быть неудовлетворительными и при очень хорошем состоянии изоляции, а большое время резко замедляет производство работ. Опытным путем было установлено, что время поляризации должно быть 3 ч. [c.67]
    Сравним мысленно прохождение электрического тока по проволоке с точением воды в трубке. Количество воды измеряется в литрах или кубических метрах количество электричества обычно измеряют в кулонах или эл.ст.ед. Скорость течения или поток воДы, т.е. количество ее, проходящее в данной точке трубки в единицу времени, измеряют в литрах в секунду или в кубических метрах в секунду силу электрического тока измеряют в амперах (кулонах в секунду) или в эл.ст.ед. в секунду. Скорость движения воды в трубке зависит от разности давления на концах трубки это давление выражается в килограммах на квадратны11 сантиметр. Сила электрического тока в проволоке зависит от электрической разности давления или от разности потенциалов (падения напряжения) между концами проволоки, обычно измеряемой в вольтах или эл.
ст.ед. Единица измерения количества электричества (кулон) и единица измерения электрического потенциала (вольт) были приняты произвольно но международному соглашению. [c.57]

    Единицей электрического потенциала в Международной системе единиц и практической единицей измерения потенциала является вольт (в) — разность электрических потенциалов между двумя точками электрического поля, при перемещении ме жду которыми заряда в 1 к соверщается работа в 1 дж (1 ед, эл. напр. СГС = 3- 10 в). [c.388]

    Х/3/2 2 единицы измерения 1 В = 1 кг м /(с -А) = =1 Дж/(А с) =1 Вт/А.] Единица измерения электрического потенциала, вольт, есть разность потенциалов между двумя точками проводящей проволоки, по которой проходит ток 1 ампер, когда мощность, рассеиваемая на участке между этими точками, составляет 1 ватт. Знак э. д. с. определяется в соответствии с правилом, согласно которому положительный заряд должен двигаться от большего потенциала к меньшему. Э. д. с. гальванического элемента — это разность электрических потенциалов между двумя кусками металла одного и того же состава, представляющих собой концы цепи проводящих фаз.

Например, в элементе Даниэля (см.) [c.228]

    В исследуемый раствор опущены стеклянный 2 и сравнительный 3 электроды. Между стеклянным электродом и раствором возникает разность потенциалов, пропорциональная активности ионов водорода, т. с. pH. Для измерения потенциала необходим второй, сравнительный электрод, потенциал которого постоянен и не зависит от pH. Для защиты от воздействия исследуемого раствора и возможного искажения показаний прибора сравнительный электрод помещают вне раствора и соединяют трубкой, заканчивающейся пористой перегородкой 4, через которую непрерывно протекает насыщенный раствор хлористого калия. Возникающую между электродами разность потенциалов регистрируют потенциометром /, градуированным в единицах измерения pH. 

[c.155]


    Мерой связи электрона в атоме или ионе является ионизационный потенциал, представляющий собой энергию, которую необходимо затратить для удаления электрона из атома или иона.
Различают первый ионизационный потенциал (/,) —энергию, требующуюся для удаления первого, наиболее слабо связанного в атоме электрона второй ионизационный потенциал .,)—энергию,, требующуюся для отрыва второго электрона—уже от однозарядного положительного иона элемента третий ионизационный потенциал и т. д. до / . Экспериментально энергию ионизации определяют путем удаления электронов из атомов, находящихся в разреженном газе или паре данного вещества. Величина ионизационного потенциала может выражаться в любых единицах измерения работы и энергии чаще всего ее выражают в электрон-вольтах. Один электрон-вольт (зб) равен той кинетической энергии, которую приобретает электрон, пробегающий электрическое поле с разностью потенциалов в 1 в 1 5в равен 1,602- эргов, или 3,83- 10— кал. Если энергия ионизации одного атома равна 1 эв, то энергия ионизации грамм-атома равна при этом 23 062,4 кал, или 23,062 Ккал. 
[c.25]

    Стандартный потенциал ср зависит от природы электрода и характеризует его электрохимическую активность. Для данного растворителя и заданной температуры величина стандартного потенциала постоянна. Абсолютное значение ф» определить невозможно, так как с помощью вольтметра измеряют только разность потенциалов двух электродов. Поэтому для измерения ф» составляют элемент из стандартного водородного электрода (СВЭ), потенциал которого условно принимают за нуль при любой температуре, и стандартного исследуемого электрода. СВЭ изображен на рис. 11.4. Он состоит из платиновой пластинки, опущенной в раствор кислоты с активностью ионов водорода, равной единице. Платиновая пластинка находится под током газообразного водорода, подаваемого под давлением 1,013-10 Па (1 атм) при постоянной температуре (более подробно о водородном электроде см. 11.9). 

[c.173]

    Измерительный прибор в элементе определит разницу между способностями к приему или отдаче электронов, проявляемыми обеими ячейками. Если электроны переходят из ячейки с водородным электродом в кадмиевый раствор, то ясно, что водород имеет более сильную тенденцию к отдаче электронов.

Если же электроны переходят к водородному электроду, то относитель ные тенденции обратны. Измерительное устройство, если это вольтметр, будет фиксировать не только направление тока, не и разность электрических потенциалов. Эта разность электриче ских потенциалов между двумя ячейками является мерой разли чия в способностях к отдаче электронов обеими частями элемента Обычной единицей, применяемой для измерения электриче ского потенциала, является вольт, и поэтому величины Е° дают ся в вольтах. Вольты могут быть легко пересчитаны в килокалории на моль перенесенных электронов (сокращенно ккал-эквивалент , или ккал-экв ) умножением величины напряжения на 23,053 ккал-экв -В .  
[c.99]

    По конструктивным данным трубопровода, который будет уложен в месте измерений, и результатам определения Ка рассчитывается начальная скорость коррозии трубы г к в единицах плотности тока. Затем используют формулы (29) или (31), в которых иВ = /С . Далее вычисляют разность Д = / к — /пр и на бланке диаграммы через точку с координатами ф = 0 / = А проводят прямую, параллельную оси ф. Ордината точки пересечения прямой с графиком поляризационной диаграммы есть искомый стационарный потенциал ф . 

[c.83]

    При обработке получаемых в результате измерений зависимостей потенциала от времени кривых заряжения измерялись длина фарадеевской задержки /т и потенциал начала этой задержки ( начала реакции ) р. Определение длины задержки производилось по методу, который предложен в [И] и дает хорошие результаты при обработке адсорбционных задержек [12]. Потенциал Е-р измерялся по методу, описанному в [13] разность потенциалов между рабочим электродом и низкоомным электродом сравнения подавалась через усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления, равным единице, на вход осциллографа постоянного тока(ЭНО-1). Последовательно с осциллографом в эту цепь включался источник регулируемого постоянного напряжения, калиброванный с точностью до 0,5 мв. В результате, независимо от значения Ер, в момент измерения на экран осциллографа подавался сигнал, не превышающий 0,1 в, и суммарная ошиб- 

[c. 181]

    Свойства внешней и внутренней поверхностей стеклянного электрода неодинаковы, и потенциалы, возникающие на них, могут отличаться друг от друга. Эта разность, представляющая собой некоторый дополнительный потенциал, не связанный со значением pH раствора, называется потенциалом асимметрии и зависит в первую очередь от свойств стекла и толщины стеклянного шарика. Потенциал асимметрии может несколько исказить результаты измерений. При отсутствии потенциала асимметрии зависимость электродного потенциала от pH раствора была бы постоянной и равной Д /ДрН = 59,1 мВ, т. е. при изменении pH раствора на единицу потенциал стеклянного электрода изменяется на 59,1 мВ. 

[c.254]


    В этом элементе возникнет электрический ток, так как окислитель Fe берет электроны с платинового электрода с большей энергией, чем HsO» при тех же условиях. Поэтому вне элемента возникнет поток электронов, движущ,ийся от водородного электрода к электроду, погруженному в раствор соли трехвалентного железа. Э. д. с. этого элемента равна алгебраической разности потенциалов двух полуэлементов. Так как ни один из этих потенциалов не может быть измерен отдельно, необходимо выбрать один из них за единицу сравнения и измерять другой по отношению к нему. Обычно за единицу сравнения принимают водородный электрод, погруженный в молярный раствор НзО+, и его потенциал условно считают равным нулю. Э. д. с. указанного элемента при этих условиях представляет собой окислительный потенциал иона Fe , так как она является мерой способности этого иона принимать электроны. [c.105]

    Для измерения потенциала металла его опускают в раствор своей соли с активностью одноименных ионов, равной единице. Между металлом и его ионами в растворе устанавливается равновесие и возникающую между металлом и водородным электродом разность потенциалов принимают за величину нормального электродного потенциала данного металла. [c.11]

    Так как методики непосредственного измерения отдельного скачка потенциала не существует, то измерять можно только разность потенциалов. Абсолютные значения электродных потенциалов неизвестны. Для определения величины электродных потенциалов применяют стандартные электроды, потенциалы которых известны. Обычно в качестве стандартного электрода применяют каломельный или водородный электроды. Условно принимают стандартный потенциал водородного электрода при любой температуре равный нулю. Стандартный потенциал данного электрода равен э. д. с. элемента, составленного из стандартного водородного электрода и стандартного данного электрода. Потенциал электрода, возникающий на границе металл — раствор при активности ионов металла в растворе равной единице, называют нормальным потенциалом JE . Он является константой, характерной для данного электрода при данной температуре. Значение его можно найти в таблице (ряд напряжений). Все электроды разделяются на три типа электроды первого рода, обратимые по отношению к катиону электроды второго рода, обратимые по отношению к аниону, и окислительно-восстановительные электроды. [c. 329]

    Известны две группы методов для. определения величины pH колориметрические и электрометрические. Колориметрические методы основаны на свойствах некоторых красящих веществ изменять свой цвет в зависимости от концентрации водородных ионов. Эти методы применяют при лабораторных анализах. Электрометрические методы основаны на измерении величины электрического потенциала специальных электродов, помещенных в испытуемый раствор. Так как измерять потенциал одиночного электрода невозможно, то применяют два различных электрода и измеряют получающуюся разность потенциалов. Доказано, что напряжение электродной цепи линейно зависит от величины pH и что при 20° С (293° К) напряжение на каждую единицу pH изменяется на 58 мв. [c.208]

    Стандартные электроды. Невозможно измерить разность потенциалов между электродом и раствором, в который погружен электрод, так как необходим второй металлический электрод. Поэтому понятие разности потенциалов между двумя точками в различных средах не имеет физиче-ского смысла. И это исключает измерение потенциала половины реакции. Но если одному электроду (и соответствующей половине реакции) произвольно приписать потенциал, то можно определить потенциалы других электродов (и других половин реакций) относительно этого стандарта. Таким стандартным электродом, который получил всеобщее признание, является водородный электрод. При давлении водорода 1 атм и активности ионов водорода, равной единице, потенциал электрода принят за нуль при всех температурах. [c.411]

    Электродом сравнения, потенциал которого принимается равным нулю, является водородный электрод (платина в растворе кислоты, насыщенной водородом при активности ионов Н, равной единице, и давлении водорода 0,1 МПа). Но для удобства работы в качестве электрода сравнения может быть использован любой другой электрод, потенциал которого по отношению к водородному электроду известен. В практике гидрогеохимических исследований обычно применяют хлор-серебряный и каломельный электроды. При использовании этих электродов к измеренной разности потенциалов добавляют потенциал электрода сравнения относительно водородного. Для хлор-серебряного электрода этот потенциал при 20 °С равен +200 мВ. Поэтому ЕЬ реальных подземных вод равен [c.52]

    ТО на такой поверхности происходит обратимая диссоциация адсорбированного водорода и полученная таким образом система функционирует в качестве водородного электрода. Из приведенной выше формулы следует, что потенциал этого электрода является функцией отношения [Н+]/[Н2] /2, т. е. относительной концентра- ции окисленной и восстановленной форм водорода. Потенциал можно определить посредством сравнения со вторым электродом и измерения разности потенциалов между этими двумя электродами. Если потенциал одного электрода произвольно принят равным нулю, все другие электродные потенциалы могут быть соотнесены с ни.м и количественно выражены в вольтах. За электрод сравнения принят стандартный водородный электрод под давлением 1 атм, потенциал которого считается равным нулю в растворе с активностью ионов водорода, равной единице. Рассмотрим ячейку, состоящую из двух водородных электродов (рис. 10.1), в которой оба раствора изначально характеризуются одинаковой [Н+], однако давление водорода для электрода В меньше 1 атм. Если электроды соединить проводником, электроны будут двигаться по внешней цепи от электрода А к электроду В. При этом будут иметь место следующие реакции  [c.338]

    Количество работы (в эргах), необходимое для перемещения единичного положительного заряда от отрицательно заряженной пластинЕл к положительно заряженной пластине на расстояние напряженности поля (в электростатических единицах) на расстояние й(в сантиметрах).Это количество работы называется разностью потенциалов между верхней и нижней пластинами. Единица измерения потенциала, определяемая в соответствии с указанными выше условиями, называется электростатической единицей С08Е. [c.50]

    Очевидно, что чем выше концентрация соли в растворе, тем меньшей должна быть величина скачка потенциала на границе металл — раствор. Таким образом, она зависит от концентрации раствора. Кроме того, эта величина зависит от температуры и ряда других факторов. Но прежде всего она определяется природой металла. Поэтому для сравнения электродных потенциалов необходимо выбрать некоторые стандартные условия. Обычно сравнение производят при стандартной температуре 25″С (298 К), давлении 1,013-Ю Па и в растворе с активностью одноименного иона, равной единице (в 1М растворе). Абсолютное значение электродного потенциала измерить невозможно, поскольку введение любых измерительных зондов неизбежно приводит к появлению новой контактной разности потенциалов. В связи с этим измеряют разность потенциалов между данным электродом и некоторым электродом сравнения, потенциал которого условно принимают равным нулю. В качестве стандартного электрода сравнения используют так называемый стандартный водородный электрод . Электрод изготовляют из губчатой платины с сильно развитой поверхностью (платиновая чернь) и погружают в раствор кислоты с активностью ионов водорода, равной 1 моль/л. Через раствор пропускают газообразный водород под давлением 1,013Па, который адсорбируется платиной . Электродные потенциалы, измеренные по отношению к водородному электроду в стандартных условиях, называются стап-дартными электродными потепциалами. В зависимости от величины и знака [c.175]

    Величина представляет собой нормальный потенциал, хар ЗК-терный для каждой данной системы хинон — гидрохинон, и может быть определена как потенциал полуэлемента, когда концентрация водородных ионов равна единице, а концентрация хинона, т. е. окислителя, равиа концентрации гидрохинона, т. е. восстановителя. При этом второй и третий член правой части уравнения превращаются в нуль. Для того чтобы концентрации хинона и гидрохинона были равными, применяют хингидрон, который при диссоциации дает эквивалентные количества окислителя и восстановителя. Тогда единственной переменной величиной остается концентрация водородных ионов, которая может -быть легко определена. Поскольку же выражение 0,05912 1 [Н+] представляет собой потенциал водородного электрода (нри 25°С), то для измерения нормального потенциала достаточно соединить полуэлемент, содержа1Щ ИЙ раствор хингидрона в каком-либо буфере, с водородным электродом, помещенным в тот же буфер. При этих условиях потенциал водородных ионов по обе стороны станет одинаковым, а так как концентрация хинона равна концентрации лидрохинона, то потенциал элемента, или разность потенциалов обоих полуэлементов, окажется ранной нормальному потенциалу данной системы хинон — гидрохинон. Величина нормального потенциала системы, образуемой п-бензохино-ном, р авна 0,699 в. На основании этой точно известной константы можно определить концентрацию водородных ионов в исследуемом растворе для этого к раствору прибавляют хингидрон, присоединяют стан- [c.411]

    В промежуточном (среднем) интервале pH потенциал стеклянного электрода может (как это обычно бывает) обнаруживать линейную зависимость от pH раствора, но величина i pH будет несколько отличаться от теоретического значения. Для стеклянных электродов трех различных типов величины поправочных множителей, рекомендованных британским стандартом, приведены в табл. X. 1. Если р=1—у, то ошибка в измерении pH составит у для каждой единицы разности между pH растворов xas. Если данный стеклянный электрод имеет Рпопр = 0,995 ( рн = 0,05886 ejed pH при 25° С), то электрод, откалиброванный в стандартном фталатном буфере при pH 4,01, может давать значения pH в стандартном боратном буфере (pHs = 9,18) меньше истинных на 0,02 ед. [c.260]

    В общем случае, допущение при определении катионов и анионов, что потенциалы жидкостного соединения при измерении стандартного и неизвестного растворов одинаковы, менее оправдано, чем при определениях pH. Предложено [40] включать величину А у, выраженную в единицах рМ или рА, в уравнения (13-26) и (13-27) для корректировки изменений потенциала жидкостного соединения, происходящих за счет разности ионной силы стандартного и исследуемого растворов. Другой метод устранения этих отклонений связан с применением двух полуэлементов сравнения, образующих электроды без жидкостных потенциалов. Так, если исследуемый раствор содержит хлорид-ионы, то оба полуэлемента сравнения могут представлять собой систему Ag/Ag l, и Лчидкостного потенциала не будет. На практике наружные полу-элементы сравнения без жидкостного соединения не всегда удобны. [c.275]

    Измерить одиночный потенциал электрода пока не удалось, поэтому определение его производится относительно некоторого электрода сравнения, принятого за нуль. В силу ряда исторически сложившихся причин в качестве такого электрода выбрана платина, поверхность которой насыщена водородом при этом электролитом служит раствор +. » кислоты, в котором активность ионов Н равна + единице (подробнее об этом см. гл. V, 4, 8 и гл. Vn, 2). Таким образом, знак измерен- + ного потенциала, а по сути дела разность потен- + циалов между электродами Е = фср — физуч, X представляется произвольным, зависящим от + выбранного электрода сравнения. Разумеется, + что соотношение между фср и физуч может быть Металл [c.193]

    В промежуточном (среднем) интервале pH потенциал стеклянного электрода может (как это обычно бывает) обнаруживать линейную зависимость с pH раствора, но величина рн будет несколько отличаться от теоретического значения. Для стеклянных электродов трех различных типов величины поправочных множителей, рекомендованных британским стандартом, приведены в табл. X. ]. Если р = ]—у, то ошибка в измерении pH составит у для каждой единицы разности между pH растворов х и . Если данный стеклянный электрод имеет Рпопр = [c.260]

    Потенциалы полуволн кривых на рис. 220 обозначены стрелками. Они даны соответственно при О, 30, 60, 90, 120 и 180 мв. Можно видеть, что разница, по крайней мере при 90 мв, между потенциалами полуволн достаточна, чтобы сделать волну измеримой. Если эта разность составляет только 30 мв, то волны настолько сильно накладываются друг на друга, что определен ге их высот становится невозможным. Когда разность равна 60 мв, то волны отделены друг от друга так, что можно видеть наличие двух изгибов, но точного измерения сделать нельзя. Если изменение силы тока на единицу изменения потенциала Лвычертить по отношению к потенциалу, как это показано на рис. 220, 6, то при потенциале полуволны каждой кривой будет получаться [c. 563]


Разность потенциалов | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Определение потенциала, как и потен­циальной энергии, является в подавляющем большинстве случаев промежуточным дей­ствием. Как правило, практическое значе­ние имеет определение работы, которую выполняет электрическое поле. Связанный непосредственно с потенциальной энерги­ей, потенциал может быть определен лишь с точностью до определенной постоянной величины, значение которой зависит от выбора нулевого уровня отсчета.

Значение потенциала опреде­ляется с точностью до неко­торой постоянной величины.

Потенциал точки поля определяется по напряженности электрического поля E и расстоянию ее от нулевого уровня l.

φ = El.

Работа в электростатическом по­ле определяется однозначно.

Если выбор нулевого уровня произволь­ный, то и значение l может быть произволь­ным. Поэтому часто потенциал записывают в виде

φ = El + C,

С — константа.

Если же определять работу, которая по определению равна изменению потенциаль­ной энергии с противоположным знаком, то получается вполне определенная вели­чина:

A = qEl1 + C — qEl2 — C = qEl1 — qEl2.

Полученное выражение можно записать в виде

A = q(φ1φ2) = qΔφ.

Отсюда

Δφ = φ1φ2 = A / q.

Поскольку работа и электрический заряд измеряются однозначно, то и разность потен­циалов будет иметь вполне определенное значение. Поэтому разность потенциалов счи­тают отдельной физической величиной.

Физическая величина, характеризующая эне­ргетическое состояние поля и равная отноше­нию работы по перемещению заряженного те­ла из одной точки поля в другую к значению заряда, называется разностью потенциалов.

Разность потенциалов в элект­ростатическом поле определя­ется однозначно.

Для измерения разности потенциалов, как и потенциала, применяется единица 1 вольт и производные от него единицы: 1 мВ, 1 мкВ, 1 кВ, 1 MB. Прибор, которым измеряют разность потенциалов, называется вольтметром.

Из предыдущего известно, что разность потенциалов в однородном поле связана с напряженностью электрического поля:

φ1φ2 = E(l1l2). Материал с сайта http://worldofschool.ru

Отсюда

E = (φ1φ2) / (l1l2) = Δφ / Δl.

Последнее выражение использовано для введения единицы напряженности электри­ческого поля. При φ1φ2= 1 В и l1l2= 1 м получим Е = 1 В/м.

По разности потенциалов мож­но определить напряженность электростатического поля.

На этой странице материал по темам:
  • Презентация измерения разности потенциалов

  • Htit,ybr yf hfpyjcnm gjntywbfkjd abpbrf

Вопросы по этому материалу:
  • Почему неудобно использовать понятие потенциала для ре­шения практических задач?

  • Что называется разностью потенциалов?

  • Какие единицы измерения разности потенциалов?

  • Каким прибором измеряется разность потенциалов?

Конвертер электростатического потенциала и напряжения • Электротехника • Определения единиц • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Электротехника

Электротехника — область технических наук, изучающая получение, распределение, преобразование и использование электрической энергии. Электротехника включает в себя такие области техники как электроэнергетику, электронику, системы управления, обработку сигналов и связь.

Конвертер электростатического потенциала и напряжения

Электростатический потенциал — скалярная характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Электрическое напряжение между двумя точками электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля, совершаемой при переносе электрического заряда из одной точки в другую, к величине этого заряда. Единицей измерения потенциала, разности потенциалов и напряжения является единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда.

В Международной системе единиц (СИ) за единицу разности потенциалов принимают вольт (В). Разность потенциалов между двумя точками поля равна одному вольту, если для перемещения между ними заряда в один кулон нужно совершить работу в один джоуль.

Использование конвертера «Конвертер электростатического потенциала и напряжения»

На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.

Пользуйтесь конвертером для преобразования нескольких сотен единиц в 76 категориях или несколько тысяч пар единиц, включая метрические, британские и американские единицы. Вы сможете перевести единицы измерения длины, площади, объема, ускорения, силы, массы, потока, плотности, удельного объема, мощности, давления, напряжения, температуры, времени, момента, скорости, вязкости, электромагнитные и другие.
Примечание. В связи с ограниченной точностью преобразования возможны ошибки округления. В этом конвертере целые числа считаются точными до 15 знаков, а максимальное количество цифр после десятичной запятой или точки равно 10. », то есть «…умножить на десять в степени…». Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.

Мы работаем над обеспечением точности конвертеров и калькуляторов TranslatorsCafe.com, однако мы не можем гарантировать, что они не содержат ошибок и неточностей. Вся информация предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия.

Если вы заметили неточность в расчётах или ошибку в тексте, или вам необходим другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте — напишите нам!

Канал Конвертера единиц TranslatorsCafe.com на YouTube

Потенциал электрического поля — Основы электроники

  

В зависимости от количества зарядов и их величины изменяется энергия электрического поля, создаваемого этими зарядами. Очевидно, что величина энергии электрического поля, образованного одним ‘зарядом, будет отличаться от величины энергии поля, образованного двумя или тремя такими же зарядами.

В практике очень часто приходится сравнивать различные по величине поля. Это сравнение производится по действиям полей на единичный положительный заряд (так называемый пробный заряд). Поясним это.

 

Определение:  Единичным называется заряд, величина которого равна одной единице заряда.

 

Пусть, например, поле образовано некоторым положительным зарядом. Чтобы внести в какую-то точку этого поля единичный положительный заряд, необходимо затратить определенную работу на преодоление силы отталкивания между основным и единичным зарядами. Величина потенциальной энергии поля при этом возрастает.

Попробуем теперь внести единичный заряд в другое поле, образованное в два раза большим электрическим зарядом. Очевидно, что при этом придется затратить большую работу, чем в первом случае. Следовательно, и потенциальная энергия поля возрастет больше, чем в первом случае.

В электротехнике для характеристики поля вводится специальное понятие — электрический потенциал.

Определение; Электрический потенциал некоторой точки поля численно равен работе, затрачиваемой при внесении единичного положительного заряда из-за пределов поля в данную точку.

Измеряется потенциал электрического поля в вольтах. Такое название единицы для измерения потенциала дано по имени итальянского физика Алессандро Вольта (1745—1827), открывшего закон взаимодействия электрических токов и предложившего первую гипотезу для объяснения магнитных свойств вещества.

Характеристика поля с помощью электрического потенциала очень удобна. Она позволяет сравнивать не только различные электрические поля, но и отдельные точки одного и того же поля. Вместо того, например, чтобы говорить «шар А наэлектризован более сильно, чем шар Б», можно сказать: «потенциал шара А выше потенциала шара Б». Потенциал точки поля обычно обозначается буквой φ.

Электрическое поле может создаваться не только положительным или отрицательным зарядом, но и их совокупностью. В таком поле отдельные точки могут иметь как отрицательные, так и положительные потенциалы. Чтобы в этом случае сравнивать потенциалы различных точек, ввели условное понятие о точке с нулевым потенциалом, т. е. стали считать, что одна из точек (или несколько точек) имеет потенциал, равный нулю. Потенциалы остальных точек поля определяются относительно точки нулевого потенциала. Этот метод аналогичен методу измерения температур. Там также определенная температура (температура тающего льда) принимается за нулевую точку и по отношению к ней определяется температура других тел.

В электротехнике условно считают, что нулевой потенциал имеет поверхность земли.

Если потенциал в данной точке выше потенциала земли, то мы говорим, что точка обладает положительным потенциалом. Если же, наоборот, потенциал точки ниже потенциала земли, то точка обладает отрицательным потенциалом.

Измеряя потенциалы различных точек электрического поля относительно земли, можно убедиться в том, что они неодинаковы. Значит, между отдельными точками может быть некоторая разность потенциалов.

Определение:  Разность потенциалов между двумя точками электрического поля называется напряжением. Напряжение, так же как и потенциал, измеряется в вольтах.

Сказанное поясним примером.

На рис. 1 мы условно показали четыре точки: А—с потенциалом + 20 в, Б — с потенциалом +40 в, В — с нулевым потенциалом (земля) и Г — с потенциалом—15 в.

Рисунок 1. Разность потенциалов между различными точками электрического поля

 

Разность потенциалов между точками Б и А =40—20=20 в;

Разность потенциалов между точками А и В =20— 0=20 в;

Разность потенциалов между точками Б и В =40— 0=40 в;

Разность потенциалов между точками А и Г=20—(—15) =35 в.

Потенциал точки Б выше потенциалов точек А, В и Г. Потенциал точки А выше потенциалов точек В и Г, но ниже потенциала точки Б. Потенциал точки В ниже потенциалов точек А и Б, но выше потенциала точки Г.

Следует обратить внимание на то, что точки отрицательного потенциала имеют более низкий потенциал, чем тонки нулевого потенциала.

Можно и иначе определить напряжение между двумя точками. Для этого рассмотрим две точки А и Б электрического поля.

Допустим, что потенциал точки А равен φА потенциал точки Б равен φБ. Потенциал точки А (или Б) определяется той работой, которую необходимо затратить на перенос единичного положительного заряда из-за пределов поля в точку А (или Б). Если для переноса единичного положительного заряда из-за предела поля в точку А и в точку Б требуется затратить различную по величине работу, то φА не равно φБ и между точками А и Б существует некоторая разность потенциалов, или напряжение. Это напряжение определяется разностью φА — φБ т. е. работой, совершаемой силами поля при переносе единичного положительного заряда из точки А в точку Б.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Электростатический потенциал — это… Что такое Электростатический потенциал?

У этого термина существуют и другие значения, см. Потенциал.

Электростатический потенциа́л (см. также кулоновский потенциал) — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда (для любой системы единиц; подробнее о единицах измерения — см. ниже).

Электростатический потенциал — специальный термин для возможной замены общего термина электродинамики скалярный потенциал в частном случае электростатики (исторически электростатический потенциал появился первым, а скалярный потенциал электродинамики — его обобщение). Употребление термина электростатический потенциал определяет собой наличие именно электростатического контекста. Если такой контекст уже очевиден, часто говорят просто о потенциале без уточняющих прилагательных.

Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда:

Напряжённость электростатического поля и потенциал связаны соотношением[1]

или обратно[2]:

Здесь  — оператор набла, то есть в правой части равенства стоит минус градиент потенциала — вектор с компонентами, равными частным производным от потенциала по соответствующим (прямоугольным) декартовым координатам, взятый с противоположным знаком.

Воспользовавшись этим соотношением и теоремой Гаусса для напряжённости поля , легко увидеть, что электростатический потенциал удовлетворяет уравнению Пуассона. В единицах системы СИ:

где  — электростатический потенциал (в вольтах),  — объёмная плотность заряда (в кулонах на кубический метр), а  — диэлектрическая проницаемость вакуума (в фарадах на метр).

Неоднозначность определения потенциала

Поскольку потенциал (как и потенциальная энергия) может быть определён с точностью до произвольной постоянной (и все величины, которые можно измерить, а именно напряженности поля, силы, работы — не изменятся, если мы выберем эту постоянную так или по-другому), непосредственный физический смысл (по крайней мере, пока речь не идет о квантовых эффектах) имеет не сам потенциал, а разность потенциалов, которая определяется как:

где:  — потенциал в точке 1,  — потенциал в точке 2,  — работа, совершаемая полем при переносе пробного заряда из точки 1 в точку 2. При этом считается, что все остальные заряды при такой операции «заморожены» — то есть неподвижны во время этого перемещения (имеется в виду вообще говоря скорее воображаемое, а не реальное перемещение, хотя в случае, если остальные заряды действительно закреплены — или пробный заряд исчезающе мал по величине — чтобы не вносить заметного возмущения в положнения других — и переносится достаточно быстро, чтобы остальные заряды не успели заметно переместиться за это время, формула оказывается верной и для вполне реальной работы при реальном перемещении).


Впрочем, иногда для снятия неоднозначности используют какие-нибудь «естественные» условия. Например, часто потенциал определяют таким образом, чтобы он был равен нулю на бесконечности для любого точечного заряда — и тогда для любой конечной системы зарядов выполнится на бесконечности это же условие, а над произволом выбора константы можно не задумываться (конечно, можно было бы выбрать вместо нуля любое другое число, но ноль — «проще»).

Единицы измерения

В СИ за единицу разности потенциалов принимают вольт (В). Разность потенциалов между двумя точками поля равна одному вольту, если для перемещения между ними заряда в один кулон нужно совершить работу в один джоуль: 1В = 1 Дж/Кл (L²MT−3I−1). В СГС единица измерения потенциала не получила специального названия. Разность потенциалов между двумя точками равна одной единице потенциала СГСЭ, если для перемещения между ними заряда величиной одна единица заряда СГСЭ нужно совершить работу в один эрг. Приближенное соответствие между величинами: 1 В = 1/300 ед. потенциала СГСЭ

Использование термина

Широко используемые термины напряжение и электрический потенциал имеют несколько иной смысл, хотя нередко используются неточно как синонимы электростатического потенциала.

Кулоновский потенциал

Иногда термин кулоновский потенциал используется просто для обозначения электростатического потенциала, как полный синоним. Однако можно сказать, что в целом эти термины несколько различаются по оттенку и преимущественной области применения.

Чаще всего под кулоновским потенциалом имеют в виду электростатический потенциал одного точечного заряда (или нескольких точечных зарядов, полученный сложением кулоновского потенциала каждого из них). Зачастую даже в случае, когда имеется в виду потенциал, созданный непрерывно распределенными зарядами, если его называют кулоновским, это может подразумевать, что он выражен (или может быть выражен) всё же в виде суммы (интеграла) пусть и бесконечного числа элементов, на которые разбит заряженный объем, но всё же потенциал каждого рассчитан как потенциал точечного заряда. Однако, поскольку электростатический потенциал в принципе может быть выражен таким образом практически всегда (подробнее см. чуть ниже), то разграничение терминов всё же достаточно размывается.

Также под кулоновским могут понимать потенциал любой природы (то есть не обязательно электрический), который при точечном или сферически симметричном источнике имеет зависимость от расстояния 1/r (например, гравитационный потенциал в теории тяготения Ньютона, хотя последний чаще всё же называют ньютоновским, так как он был изучен в целом раньше), особенно если надо как-то обозначить весь этот класс потенциалов в отличие от потенциалов с другими зависимостями от расстояния.

Формула электростатического потенциала (кулоновского потенциала) точечного заряда:

(где K обозначен коэффициент, зависящий от системы единиц измерения — например в СИ K = 1/(4πε0), q — величина заряда, r — расстояние от заряда-источника до точки, для которой рассчитывается потенциал).

  • Можно показать, что эта формула верна не только для точечных зарядов, но и для любого сферически симметричного заряда конечного размера, например, равномерно заряженного шара, правда, только в свободном от заряда пространстве — то есть например над поверхностью шара, а не внутри его.
  • Кулоновский потенциал в виде приведенной выше формулы используется в формуле кулоновской потенциальной энергии (потенциальной энергии взаимодействия системы электростатически взаимодействующих зарядов):

См. также

Примечания

Способ измерения контактной разности потенциалов

Предлагаемое изобретение относится к способам измерения свойств поверхности, в частности контактной разности потенциалов между проводящими материалами (металлами, полупроводниками, электролитами), и может быть использовано для измерения электродных потенциалов, работы выхода поверхности, для контроля состояния поверхности материалов в различных атмосферах, а также для контроля характеристик межфазных границ.

Известен способ определения контактной разности потенциалов конденсаторным методом — метод Кельвина. Известный способ заключается в расположении поверхностей материалов напротив друг друга для формирования электрической емкости, в соединении их друг с другом проводником, измерении электрического тока в проводнике и в определении степени заряженности материалов, что осуществляется с помощью электроскопов. Недостатком указанного метода является невысокая чувствительности метода.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ измерения контактной разности потенциалов между двумя проводящими материалами, заключающийся в расположении поверхностей материалов, между которыми измеряют контактную разность потенциалов, напротив друг друга для формирования электрической емкости, в соединении их друг с другом и в измерении электрической величины в соединительной цепи [Kelvin (В. Томсон). Phil. Mag., XLVI, 82 (1898). Цитир. по: Царев Б.М. Контактная разность потенциалов и ее влияние на работу электровакуумных приборов. -М.-Л.: ГИТТЛ, 1949. 171 с.(С.87)].

В данном способе, известном под названием «метод вибрирующего конденсатора» или «метод Зисмана-Кельвина», в соединительную цепь включаются последовательно источник напряжения постоянного тока и измеритель переменного тока в цепи. Один из материалов, являющийся измерительным электродом, приводится в вибрирующее движение для периодического изменения величины электрической емкости между измеряемыми поверхностями. Изменение электрической емкости и наличие внешней и контактной разности потенциалов между материалами вызывает в соединительной цепи между материалами переменный электрический ток. Если величина напряжения внешнего источника питания будет равна контактной разности потенциалов и противоположно направлена, то суммарное напряжение на конденсаторе будет равно нулю, переменный ток в цепи будет равен нулю. Изменением величины и полярности приложенного напряжения от внешнего источника достигают нулевое или минимальное значение переменного тока в соединительной цепи, что означает полную компенсацию действия контактной разности потенциалов внешним источником постоянного напряжения. Величину измеряемой контактной разности потенциалов определяют равной величине внешнего приложенного напряжения и обратной по полярности, при котором переменный ток в соединительной цепи имеет минимальное значение [Zisman W. Rev. Sci. Instr., 3, 367 (1932). Цитир. по: Царев Б.М. Контактная разность потенциалов и ее влияние на работу электровакуумных приборов. -М.-Л.: ГИТТЛ, 1949. 171 с.(С.92)].

Недостатком этого способа (метода Зисмана-Кельвина) является невысокая точность измерения величины контактной разности потенциалов из-за большого вклада наводимых паразитных токов при малых площадях измеряемых поверхностей и низкая воспроизводимость результатов из-за нестабильности величины изменения емкости при вибрации, а также значительная техническая сложность и соответственно высокая стоимость технической реализации.

Технический результат направлен на повышение точности измерения величины контактной разности потенциалов, воспроизводимости результатов измерений и уменьшение стоимости технической реализации.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения контактной разности потенциалов между двумя проводящими материалами, заключающемся в расположении поверхностей материалов, между которыми измеряют контактную разность потенциалов, напротив друг друга для формирования электрической емкости, в соединении их друг с другом и в измерении электрической величины в соединительной цепи, при этом измеряемые материалы удаляют друг от друга и соединяют с электрически незаряженным проводником (землей), затем между поверхностями измеряемых материалов размещают материал с большой диэлектрической постоянной, в частности,сегнетоэлектрик, соединяют материалы друг с другом через резистор, в момент времени присоединения резистора измеряют на резисторе импульс напряжения и определяют величину контактной разности потенциалов как величину измеренного напряжения на резисторе.

Отличительным признаком предполагаемого изобретения является то, что создаются условия протекания большого (измеряемого) тока при образовании контактной разности потенциалов между двумя материалами, так как сама контактная разность потенциалов методами измерения обычной зарядовой разностью потенциалов не измеряется. Поэтому для измерения тока в процессе образования контактной разности потенциалов между измеряемыми поверхностями размещают материал с большой диэлектрической постоянной, измеряют величину напряжения на электрическом сопротивлении в начальный момент времени соединения материалов и определяют величину контактной разности потенциалов как величину измеренного напряжения.

На фигуре 1 представлена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа измерения контактной разности потенциалов.

На фигуре 2 приведена зависимость электрического напряжения UR от времени на сопротивлении R при протекании тока после гальванического соединения материалов.

Устройство (фиг.1) содержит два материала (1 и 2) (далее — электроды), между поверхностями которых (3 и 4 соответственно) измеряется контактная разность потенциалов, диэлектрик 5, размещенный между измеряемыми поверхностями, ключ S1 и резистор R, соединенные последовательно, и измеритель напряжения 6, соединенный параллельно резистору. Последний служит для регистрации падения напряжения на резисторе при протекании тока между электродами 1 и 2 после включения ключа S1. В качестве резистора R и измерителя 6 может использоваться осциллограф с определенным входным сопротивлением (для большинства осциллографов составляющим 0.5-1 МОм).

Способ осуществляется следующим образом. До замыкания контактов ключа S1 оба электрода, между поверхностями которых измеряется контактная разность потенциалов, находятся в нейтральном зарядовом состоянии. Для принудительной нейтрализации случайных зарядов на электродах их отдаляют друг от друга на расстояние до нескольких миллиметров и соединяют с нейтральным материалом или с землей. При этом количество возможных фоновых емкостных зарядов на электродах будет составлять менее 10-6 доли заряженности электродов при измерениях.

Разница работ выхода электрона обусловливает разную энергию связи электронов в них и потенциальную способность перехода части электронов из электрода с меньшей работой выхода в электрод с большей работой выхода. После соединения контактов ключа S1 из-за разницы энергий связи электронов в электродах (разницы работ выхода) часть электронов из электрода с меньшей работой выхода перейдет в электрод с большей работой выхода согласно физическому механизму образования контактной разности потенциалов [Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. -М.: Наука, 1966. 564 с.].

Из-за неизвестного характера процесса перехода электронов и их неизмеримо малого количества это явление не исследовалось. Очевидно, что процесс перехода электронов образует в проводнике электрический ток. Вследствие зарядки электродов ток имеет экспоненциально спадающий характер. Когда величина разности потенциалов, обусловленная электрическими зарядами, станет равной разности энергий связи электронов в электродах (разности работ выхода), то переход электронов прекращается и электрический ток в соединительном проводнике становится равным нулю. При этом электронная зонная структура электродов остается неизменной. Согласно механизму описанного процесса зависимость электрического тока от времени определяется равенством:

где eφ1, eφ2 — работы выхода электрона с поверхностей 3 и 4 электродов 1 и 2 соответственно;

Uзар(t) — напряжение зарядки за счет перехода электронов из электрода с меньшей работой выхода в электрод с большей работой выхода;

R — сопротивление резистора во внешней соединительной цепи.

После прекращения тока I(t)=0, можно записать:

где величина Uзар. определяется разностью работ выхода и представляет собой контактную разность потенциалов Uкрп.

Вследствие равенства и противоположной направленности силового действия работ выхода электродов 1, 2 и контактной разности потенциалов значение последней обычными способами измерить не представляется возможным, так как система двух электродов находится в минимуме свободной энергии с единым электрохимическим потенциалом eUэхп.

В начальный момент после замыкания цепи напряжение зарядки Uзар.t=0=U0=0, поэтому из равенства (1) следует:

или

где I0=It=0 — значение тока при t=0.

Таким образом, измерением падения напряжения на резисторе в начальный момент времени после замыкания соединительной цепи между двумя электродами можно определить величину контактной разности потенциалов между их поверхностями, обращенными друг к другу.

При известном значении работы выхода одного из электродов согласно равенству (3) в результате измерения Uкрп между ними можно определить величину работы выхода второго электрода.

Для повышения достоверности и точности измерения необходимо повышать величину тока во внешней цепи и уменьшать величину спада значения тока за время измерения. Для этого нужно увеличить количество переходящего заряда из одного электрода в другой. Полное количество перешедшего заряда, необходимое для зарядки двух электродов 1 и 2 как конденсатора до величины контактной разности потенциалов Uкрп, определится электрической емкостью C1,2 между ними:

Величина тока при зарядке конденсатора определяется по формуле:

где I0=U0/R.

В обычном электротехническом режиме величина напряжения на резисторе R при зарядке конденсатора C от внешнего источника напряжения Uвнеш. без учета разницы в работах выхода пластин конденсатора определяется по формуле [Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Высшая школа, 1973. 750 с.]:

Для предлагаемого случая роль внешнего источника выполняет разница полных энергий (энергий связи) электронов в материалах электродов:

.

Разность потенциалов между электродами, обусловленная электрическими зарядами, нарастает в соответствии с законами электротехники (6):

Разность полных энергий электронов в электродах остается постоянной, так как зонная структура твердых тел зарядкой не нарушается. Совместное действие атомных потенциалов и потенциалов на свободные электроны определится как разность указанных составляющих из-за противоположной направленности их силового действия:

Поэтому величина тока резистора определится аналогично (7):

Напряжение на резисторе определятся величиной тока и спадает в соответствии с током резистора:

Погрешность измерений можно выразить величиной изменения тока за время измерения dt. Можно отметить, что пиковые измерители напряжения, выполненные на транзисторах с полевым управлением, могут обеспечить время срабатывания значительно меньше микросекунды. Экспериментально измеренная постоянная времени заряда τ=R·C1,2 — цепочки составляет десятки миллисекунд, поэтому даже в приближении линейного спада тока погрешность будет меньше 0,001 (0,1%).

Другой причиной погрешности измерений является интегрирование начального фронта импульса тока в соединительной цепи (или напряжения на резисторе). Она приводит к уменьшению амплитуды сигнала в соединительной цепи. Так как эта погрешность аппаратная и систематическая, то она может быть учтена расчетным путем.

На фигуре 2 приведена зависимость изменения напряжения на сопротивлении R от времени после замыкания ключа S1. Максимальное значение напряжения на сопротивлении R будет при отсутствии зарядки электродов в момент времени tвкл. (с учетом погрешностей измерений). Оно может быть определено измерительным устройством 6 и представляет собой измеренное значение контактной разности потенциалов Uкрп.изм. между электродами 1 и 2. Учет влияния погрешностей позволяет определить действительное значение контактной разности потенциалов Uкрп.дейст..

Предлагаемый способ апробирован на экспериментальном устройстве, изготовленном с использованием стандартного плоского конденсатора с сегнетоэлектрическим диэлектриком с относительной диэлектрической постоянной порядка ε=200000. При этом один электрод конденсатора был удален. Оставшийся электрод служил опорным электродом 1 согласно фиг.1. В качестве электрода 2 использовались материалы, между которыми измерялась контактная разность потенциалов Uкрп.. Работа выхода электрода 1 конденсатора определялась использованием электрода 2, изготовленного из материала с известной работой выхода. При известном значении работы выхода электрода 1 и измеренном значении контактной разности потенциалов определялась работа выхода электрода 2. Большое значение диэлектрической постоянной позволяло получать большой заряд на электрической емкости, образованной электродами 1 и 2. Измерение напряжения на резисторе осуществлялось с помощью запоминающего осциллографа. Выполнены измерения контактной разности потенциалов и работ выхода для ряда материалов в атмосфере воздуха.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый способ отличается тем, что электрический ток во внешней цепи между электродами формируется за счет разницы электрохимических потенциалов поверхностей электродов и создания большой электрической емкости между поверхностями без использования вибрации электродов и внешнего напряжения, применяемых в прототипе. Стационарное (не вибрирующее) положение электродов и их поверхностей относительно друг друга в процессе измерений позволяет обеспечить воспроизводимость результатов с погрешностью измерительной аппаратуры величиной порядка единиц процента. Простота устройства для реализации предлагаемого способа позволяет уменьшить затраты на техническую реализацию.

Способ измерения контактной разности потенциалов между двумя проводящими материалами, заключающийся в расположении поверхностей материалов, между которыми измеряют контактную разность потенциалов, напротив друг друга для формирования электрической емкости, в соединении их друг с другом и в измерении электрической величины в соединительной цепи, отличающийся тем, что измеряемые материалы удаляют друг от друга и соединяют с электрически незаряженным проводником (землей), затем между поверхностями измеряемых материалов размещают материал с большой диэлектрической постоянной, в частности сегнетоэлектрик, соединяют материалы друг с другом через резистор, в момент времени присоединения резистора измеряют на резисторе импульс напряжения и определяют величину контактной разности потенциалов как величину измеренного напряжения на резисторе.

Разность потенциалов (напряжение — Энциклопедия по машиностроению XXL

Потенциал (разность потенциалов, напряжение, электродвижущая сила)  [c.220]

Для горения сварочной дуги между электродом и изделием должна быть проложена разность потенциалов — напряжение горения для металлического электрода — 18—25 в и для угольного — 35— 40 8. С удлинением дуги эта разность потенциалов увеличивается, с укорочением уменьшается. Зависимость между напряжением и током дуги при постоянной длине дуги I называется статической характеристикой дуги (фиг. 5) кривая 1-для меньшей длины дуги/], кривая 2 — АЛЯ большей /2-  [c.276]


Электрическую энергию и работу можно определить как произведение электрического заряда на пройденную им разность потенциалов (напряжение)  [c.41]

Рассмотрим электромагнитные Процессы В плоском конденсаторе, но уже при изменении электрического поля во времени. Пусть разность потенциалов (напряжение) между обкладками конденсатора изменяется во [времени t по гармоническому закону  [c.9]

Потенциал (разность потенциалов, напряжение, электродвижущая сила). Потенциал измеряется потенциальной энергией, которой обладает единица заряда, помещенного в данной точке поля. Единицей потенциала является потенциал такой точки электрического поля, в которой единичный положительный заряд обладает потенциальной энергией, равной одному эргу. Так как по определению  [c.200]

Потенциал (разность потенциалов, напряжение, э лект ро д 3 и жу гц а я си л а) Ф. и. % и = ЛЛТ  [c.302]

Разность потенциалов (напряжение) между измерительными  [c.442]

При поддержании постоянной разности потенциалов (напряженности поля) и введении в конденсатор изотропного диэлектрика возрастает электрическая индукция (электрическое смещение), которая складывается из вектора напряженности внешнего электрического поля и вектора поляризации диэлектрика Р  [c.254]

Электродвижущая сила, электрическое напряжение, потенциал, разность потенциалов Напряженность электрического поля  [c.83]

Практически эти условия создаются генераторами (динамомашинами), аккумуляторами или иными гальваническими элементами — источниками электродвижущей силы. Электродвижущая сила (ЭДС) является величиной, которая характеризует разность электрических состояний (избыток или недостаток электронов), созданную источником тока на концах проводника. В электротехнике эту разность электрических состояний принято называть разностью потенциалов (напряжением). Для обозначения ЭДС пользуются буквой Е или е. Единицей измерения ЭДС служит вольт, обозначаемый сокращенно буквой в.  [c.6]

Разность потенциалов (напряжение) между проводами  [c.333]

Разность потенциалов (напряжение) 94  [c.206]

ОМА ЗАКОН, устанавливает зависимость между силой тока I в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) и между двумя фиксиров. точками (сечениями) этого проводника  [c.485]

Измерения разности потенциалов (напряжения) в цепи «труба-земля» можно производить относительно медно-сульфатного электрода сравнения или любого другого металлического электрода, так как на переменном токе собственный потенциал электрода сравнения не влияет на результаты дальнейших испытаний.  [c.246]


При разности потенциалов на электродах происходит ионизация межэлектродного промежутка. Когда напряжение достигнет определенного значения, в среде между электродами образуется канал проводимости, по которому устремляется электрическая энергия в виде импульсного искрового или дугового разряда. При высокой концентрации энергии, расходуемой за 10″ —10 с, мгновенная плотность тока в канале проводимости достигает 8000—10 ООО А/мм , в результате чего температура на поверхности обрабатываемой заготовки-электрода возрастает до 10 ООО—12 ООО °С. При этой температуре мгновенно оплавляется и испаряется элементарный объем металла и на обрабатываемой поверхности заготовки образуется лунка. Удаленный металл застывает в диэлектрической жидкости в виде гранул диаметром 0,01—0,005 мм.  [c.401]

Если А /iq, то в этих условиях электроны быстро проходят через слой окисла благодаря туннельному эффекту, оставляя позади себя ионы металла и переводя хемосорбированный кислород в ионы O , а в пленке устанавливается разность потенциалов V, которая считается постоянной, и поле с напряженностью F = V/h.  [c.51]

Катодная реакция обусловливает осаждение на катоде эквивалентного количества меди. Скорость коррозии цинка может возрасти, если снизить поляризацию цинка или меди или и того и другого, уменьшая тем самым наклоны кривых аЬс и def, что в свою очередь сместит точку их пересечения к большим значениям I. Любой фактор, способствующий увеличению поляризации, будет вызывать уменьшение тока, текущего в элементе, а значит, и уменьшение скорости коррозии цинка. Очевидно, что поляризационные кривые не могут пересечься, хотя и могут сильно сблизиться, если анод и катод расположены близко друг от друга в электролите, обладающем хорошей проводимостью. Всегда будет существовать предельная разность потенциалов, отвечающая омическому падению напряжения в электролите, значение которого пропорционально протекающему току.  [c.48]

ЖЕРТВЕННЫЕ АНОДЫ. Если вспомогательный анод изготовлен из металла более активного (в соответствии с электрохимическим рядом напряжений), чем защищаемый, то в гальваническом элементе протекает ток — от электрода к защищаемому объекту. Источник приложенного тока (выпрямитель) можно не использовать, а электрод в этом случае называют протектором (рис. 12.2). В качестве протекторов для катодной защиты используют сплавы на основе магния или алюминия, реже — цинка. Протекторы, по существу, служат портативными источниками электроэнергии. Они особенно полезны, когда имеются трудности с подачей электроэнергии или когда сооружать специальную линию электропередачи нецелесообразно или неэкономично. Разность потенциалов разомкнутой цепи магния и стали составляет примерно 1 В (в морской воде магний имеет Е = —1,3 В), так что одним анодом может быть защищен только ограниченный участок трубопровода, особенно в грунтах с высоким удельным сопротивлением. Столь небольшая разность потенциалов иногда  [c.218]

При сдвигании электродов разность потенциалов между ними перед самым соприкосновением приблизительно равна сумме Однако при тесном сближении столб дуги может смещаться в сторону и длина ее становится больше зазора между электродами. Напряжение при / 0,1…0,2 мм может вновь возрастать, поэтому при снятии кривой U =U 1 ) и экстраполировании ее на /д=0 надо это учитывать. Кроме того, и во многих случаях суш,ественно зависят от 1 . Выделение и из суммы также вызывает большие трудности. При высоких температурах плазмы, характерных для сварочных дуг, можно использовать зондовый метод. Зонды, например вращающиеся, перемещают с большой скоростью, чтобы они не успели расплавиться. Потенциал зонда регистрируют с помощью электронного осциллографа. Точно измерить разность потенциалов между холодным зондом и горячей плазмой достаточно сложно, поэтому нельзя определить и с точностью, большей, чем 1…2 В.  [c.70]

Работа гальванического элемента — процесс обратимый и при внешнем напряжении большем, чем э. д. с. гальванического элемента, начнется обратный процесс — электролиз. Таким образом, электролиз данного соединения начинается только при определенной разности потенциалов, носящей название потенциал разложения  [c.294]

При конечной же скорости переноса процесс идет необратимо чтобы заставить заряды двигаться обратно, их нужно сначала остановить. При этом конечной,будет и скорость изменения концентрации ионов в электролите. Поэтому их равновесное распределение по обе стороны полупроницаемой перегородки не будет успевать, как следует, устанавливаться и определяемая этим распределением разность потенциалов будет уменьшаться. Она будет становиться меньше, чем величина ЭДС. Такой же механизм уменьшения напряжения при конечной величине отбираемого тока действует во всех химических источниках тока, и его обычно учитывают, вводя представление о внутреннем сопротивлении источника.  [c.112]


Разность потенциалов колеблется от 50 до 500 В, поэтому в каждом отдельном случае экспериментальным путем подбирают необходимое напряжение, величина которого зависит от природы и размеров осаждаемых частиц, а также от свойств дисперсионной среды.  [c.99]

Задача 878 (рис. 462). Электрон влетает в плоское электрическое поле, образованное двумя наклоненными друг к другу под углом 2а электродами, с начальной скоростью направленной по оси симметрии системы. Разность потенциалов между электродами равна и, а напряженность электрического поля направлена перпендикулярно к оси  [c.317]

Между двумя любыми точками на эквипотенциальной поверхности разность потенциалов равна нулю, поэтому работа сил электрического поля при любом перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю. Это означает, что вектор силы F3 в любой точке траектории движения заряда по эквипотенциальной поверхности перпендикулярен вектору скорости. Следовательно, линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности.  [c.139]

В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов этих точек  [c.139]

Единица напряжения и разности потенциалов. Единица напряжения и разности потенциалов в СИ называется вольтом (В)  [c.140]

Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение или разность потенциалов, т. е. в вольтах.  [c.150]

Падение напряжения, или разность потенциалов, между двумя точками, определяемыми векторами ri и Г2, выражается соотношением  [c.168]

Примеры. Напряженность электростатического поля и потенциал-, разность потенциалов-, единица напряженности в системе СГС-, вольты.  [c.168]

Волы есть разность потенциалов (напряжение) между двумя точками постоянного электрического поля с напряженностью 1 В/м, находящимися на расстоянии 1 м вдоль лииии поля.  [c.36]

С электроакустическими аналогиями мы уже встречались в гл. П1 при интерпретации понятия волнового сопротивления среды. Термин .сопротивление в самом общем физическом смысле означает отношение причины некоторого явления к следствию. В электродинамике причиной движения зарядов по проводнику является разность потенциалов (напряжение), следствием — ток. Огношение напряжения U к силе тока I есть сопротивление соответствующего участка цепи = U/I. В акустике причиной колебательного движения частиц среды является переменное давление р, следствием — колебательная скорость и. Отношение между ними в плоской волне называется удельным волновым сопротивлением среды г = рс, а полное волновое сопротивление есть Z = рс5 -= F v, где Fp — сила давления, действующего на площади S. Таким образом, аналогом электрического напряжения в акустике является сила давления, а аналогом тока — колебательная скорость. Такое же отношение в механике в виде отношения силы трения к скорости движения тела в вязкой среде определяет коэ4 ициент трения, или сопротивление движению г = F p/ v. Заметим, что как элекгри-ческое сопротивление, так и волновое акустическое сопротивление в общем случае могут быть комплексными. При этом в любом случае  [c.183]

Термоэлектрические термометры (термопа-р ы) выполняют в виде сваренных между собой с одного конца электродов / и вторичного прибора (не показан).  [c.175]

Сильные вертикальные токи воздуха, возникающие в грозовом облаке, в настоящее время считаются причиной молнии. Эти токи воздуха расщепляют дождевые капли так, что частицы их, заряженные отрицательным электричеством, уносятся прочь, а заряженные положительным электричеством ядрьнпки капель сосредоточиваются в некоторых частях облаков. Таким образом, возникает значительная разность потенциалов (напряжения) между частями облака, заряженными положительным и отрицательным электричеством, или между частями облака, заряженными положительным электричеством, и землей, заряженной отрицательным электричеством. А гром, как знает даже бестолковый Джо, это звук, сопровождающий молнию.  [c.101]

Коэфициент пропорциональности С называется емкостью конденсатора и измеряется в фарадах (Р). Фарада соответствует 9-10 см в единицах С05. Емкость в 1 фараду имеет такой конденсатор, который получает заряд в 1 кулон при разности потенциалов (напряжений) в 1 V. На практике большей частью пользуются более мелкой единицей емкости, равной одной миллионной доле фарады и называемой микрофарадой (цр). Еще более мелкой единицей емкости является микромикрофарада ( 1 1.Р) или пикофарада (рР), равная одной мил-  [c.202]

При различии концентрации кислорода между внутренней и наружной поверхностями корпуса в платиновых электродах возникает разность потенциалов. Напряжение на кпеммах датчика пропорционально разнице концентраций кислорода внутри и снаружи датчика (см. рис. 7.37).  [c.163]

Контактные явления. Контакты П. с металлом или с др. П. обладают иногда выпрямляющими свойствами, т. е. значительно эффективнее пропускают ток в одном направлении, чем в обратном. Это связано с изменением концентрации или типа носителей тока в приконтактной области и с возникновением контактной разности потенциалов. Напряжение, приложенное к контакту, в зависимости от его знака увеличивает либо уменьшает число носителей в приконтактной области, так что сопротивление контакта в прямом и обратном направлениях оказывается существенно различным (см. Электронно-дырочный переход,Гетеропереход,Шотки барьер).  [c.566]

Независимые источинки используются для моделирования постоянных воздействий на объект, например сила тяжести может быть отражена постоянным источником силы, напряжение нитаиия электронной схемы — источником типа разности потенциалов и т. д.  [c.75]


Рассмотрим элемент, состоящий из цинкового и медного электродов, погруженных в растворы ZnSOi и USO4, соответственно (элемент Даниэля). Пусть внешняя цепь включает переменное сопротивление R, вольтметр V и амперметр А (рис. 4.1). Разность потенциалов (э. д. с.) между цинковым и медным электродами в отсутствие тока близка к 1 В. Если теперь, подобрав соответствующее сопротивление R, обеспечить протекание во внешней цепи небольшого тока, то измеряемая разность потенциалов станет меньше 1 В вследствие поляризации обоих электродов. По мере роста тока напряжение падает. Наконец, при коротком замыкании разность потенциалов между медным и цинковым электродами приближается к нулю. Влияние силы тока в цепи на напряжение элемента Даниэля можно графически изобразить с помощью поляризационной диаграммы, представляющей собой зависимость потенциалов Е медного и цинкового электродов от полного тока I (рис. 4.2). Способ определения этих потенциалов будет пояснен в разделе 4.3. Символами Ezn и Еси обозначены так называемые потенциалы разомкнутого элемента, отвечающие отсутствию тока в цепи. Поляризации цинкового электрода отвечает кривая аЪс, медного — кривая def. При силе тока, равной / , поляризация цинка в вольтах определяется как разность между  [c.47]

Кадмиевые покрытия получают почти исключительно электро-осаждением. Разница в потенциалах между кадмием и железом не столь велика, как между цинком и железом, следовательно степень катодной защиты стали покровным слоем кадмия с ростом размера дeфeкtoв в покрытии падает быстрее. Меньшая разность потенциалов обеспечивает важное преимущество кадмиевых покрытий применительно к защите высокопрочных сталей (твердость Яр > 40, см. разд. 7.4.1). Если поддерживать потенциал ниже значения критического потенциала коррозионного растрескивания под напряжением (КРН), но не опускаясь в область еще более отрицательных значений, отвечающую водородному растрескиванию, то кадмиевые покрытия надежнее защищают сталь от растрескивания во влажной атмосфере, чем цинковые. Кадмий дороже цинка, но он дольше сохраняет сильный металлический блеск, обеспечивает лучший электрический контакт,, легче поддается пайке и поэтому нашел использование в электронной промышленности. Кроме того, он устойчивее к воздействию водяного конденсата и солевых брызг. Однако, с другой стороны, кадмиевые покрытия не столь устойчивы в атмосферных условиях, как цинковые покрытия такой же толщины.  [c.238]

Единицей электростатического потенциала (или разности потенциалов) в гауссовой системе единиц С ГС является единица потенциала СГСЭ ( r Sv ). В гл. 4 мы видели, что единицей напряженности электрического поля является СГСЭ /см, но так как разм ерность ф отличается от Е, то ф измеряется в единицах СГСЭ . Так как размерность ф равна [заряд/длина], то единица потенциала равна СГСЭ,/см.  [c.168]

Скорость тела, движущегося в вязкой среде. На тело, падающее в вязкой среде, действует сила сопротивления, равная —yv. Например, в опыте Милликена капля массой М, обладающая зарядом q, падает под действием силы тяжести Mg и электрического поля, напрян1енность которого равна Е. Капля быстро достигает конечной скорости Vg. Составьте и решите уравнение движения капли, из которого можно получить как функцию времени. (Указание. Ищите решение в виде v = А + и определите из уравнения значения а, Л и В, а также значения v при i = О и ( = оо.) Рассматривая предел при покажите, что конечная скорость равна = = (ij/M)t + gx, где т = 7H/y — время релаксации. Измерение конечной скорости в зависимости от напряженности электрического поля является удобным способом определения времени релаксации т и отсюда коэффициента затухания Y- В одном из подобных типичных опытов между двумя параллельными пластинами, находящимися на расстоянии 0,7 см друг от друга, поддерживается разность потенциалов 840 В (при этом  [c.234]


Разность потенциалов или напряжение

разница в электрическом потенциальная энергия единичного заряда между двумя точками в электрическом поле называется разностью электрических потенциалов.

Это также определяется как; объем работы, проделанной для перемещения юнита положительный заряд от от точки с более низким потенциалом до точки с более высоким потенциалом против статического электрического поля.В точка, в которой единичный заряд имеет меньшую потенциальную энергию, равна называется более низким потенциалом. Аналогичным образом точка при который, единица заряда имеет большую потенциальную энергию, называется более высокой потенциал. Разность электрических потенциалов также называется напряжение или электрическое давление.

Рассмотреть две разные точки A и B в электрическом поле положительный заряд Q как показано на рисунке (1).Здесь точка А намного ближе к заряду Q, чем точка B. Пусть единичный заряд равен помещен в точку B. Этот единичный заряд имеет электрический потенциал энергия В В .


В чтобы переместить единичный положительный заряд из точки B в точку A работа должна производиться на положительном заряде блока против электрического поле.Если работа выполняется на единичном заряде, энергия получает переведен в единичный заряд, и он начнет движение от точки B в точку A. Следовательно, в точке A единица заряд приобретает электрическую потенциальную энергию, как показано на инжир (2). Величина электрического потенциала единичного заряда при точка A — это V A .

количество электрической потенциальной энергии, полученной за счет единичного заряда от точка B к точке A называется разностью потенциалов.Следовательно, разность потенциалов между точкой B и точкой A — это V A — V B .

Электрический Математически разность потенциалов можно записать как

Если один джоуль работы выполняется, чтобы переместить один кулон заряда из одна точка (более низкий потенциал) в другую (более высокий потенциал), разность потенциалов между этими двумя точками составляет 1 В.в аналогично, если Чтобы переместить один кулон заряда, требуется 5 джоулей работы. от точки с меньшим потенциалом к ​​точке с более высоким потенциал, разность потенциалов между этими двумя очков составляет 5В. Однако один джоуль работы выделяется как тепла, если один кулон заряда перемещается из точки более высокий потенциал в точку с более низким потенциалом.

Электрический разность потенциалов между двумя точками измеряется в вольт. Один вольт равен одному джоулю на кулон. А вольтметр можно использовать для измерения разности потенциалов между двумя точками. Обычно нулевой или нулевой потенциал равен взят за одну общую точку отсчета.



Разница потенциалов — объяснение того, что такое разность электрических потенциалов

Узнайте все о разнице электрических потенциалов, формуле для расчета разницы потенциалов, о том, как рассчитать разность потенциалов между двумя точками.

Разность потенциалов можно просто определить как разность электрических потенциалов между двумя точками. Когда два положительных заряда поднесены друг к другу, они отталкиваются.

Когда два отрицательных заряда сближаются, они также отталкиваются. Но когда положительный и отрицательный заряды сближаются, они притягиваются друг к другу. Когда эти два противоположных заряда объединены, их можно использовать для работы. Вот почему нам нужны положительный ( + ) и отрицательный (), чтобы зажечь лампочку или запустить любой электрический инструмент, оборудование, мобильный телефон или бытовую технику.Эта способность заряженных частиц совершать работу называется электрическим потенциалом .

Следовательно, два противоположных заряда имеют разность потенциалов или разность потенциалов . Единица измерения разности потенциалов ( pd ) — вольт .

Единица разницы потенциалов

Единица измерения разности потенциалов (вольт) названа в честь Алессандро Вольта. Вольт — это мера электрического потенциала.Электрический потенциал — это тип потенциальной энергии, который относится к энергии, которая может быть высвобождена, если электрический ток будет протекать.

Один вольт определяется как разность электрических потенциалов между двумя точками проводящего провода, когда электрический ток в один ампер рассеивает один ватт мощности между этими точками. Он также равен разности потенциалов между двумя параллельными бесконечными плоскостями, расположенными на расстоянии 1 метра друг от друга, которые создают электрическое поле в 1 ньютон на кулон.

Единицей работы в системе СИ является джоуль ( Дж ). Единица силы в системе СИ — ньютон ( Н ). Единица расстояния в системе СИ — метр ( м ).

Вт (джоули) = N (ньютоны) x м (метры)

Напряжение

В области электроники разность потенциалов обычно обозначается как напряжение и обозначается как В . В некоторых случаях также используется символ U или E для ЭДС (электродвижущая сила , ), но стандартный символ V представляет любую разность потенциалов.Это относится к напряжению, генерируемому такими источниками, как аккумулятор или солнечный элемент, а также к напряжению, падающему на пассивном электронном компоненте, таком как резистор.

Разность потенциалов, также называемая разностью напряжений между двумя заданными точками, — это работа в джоулях, необходимая для перемещения одного кулоновского заряда из одной точки в другую. Единица измерения напряжения в системе СИ — вольт .

Формула Вольта

Виды напряжения

Существует 2 типа напряжения — постоянный или постоянный ток и переменный или переменный ток.

DC — Это постоянное напряжение. Здесь электрический заряд (, ток ) течет только в одном направлении. Источники напряжения, такие как аккумулятор мобильного телефона или солнечная батарея, обеспечивают постоянное напряжение. Пример — 12 В постоянного тока

AC — это переменный ток. Здесь электрический заряд (ток) периодически меняет направление. Источники напряжения, такие как генератор переменного тока, подают переменное напряжение. Пример — 240 В переменного тока.

Полярность напряжения

Предположим, есть 2 заряженных точки — точка A заряжена положительно (+) и точка B заряжена отрицательно (-).Теперь, если мы переместим замкнутую цепь A (+) из A в B или наоборот, это потребует работы. Разница между двумя точками — это полярность напряжения . Эта полярность напряжения обозначается положительным знаком (+) в точке A и отрицательным знаком (-) в точке B.

Как рассчитать разность электрических потенциалов по закону Ома

  1. Рассчитайте количество тока, протекающего через цепь. Измеряется в амперах ( I )
  2. Рассчитайте величину сопротивления в цепи.Сопротивление измеряется в Ом ( R ).
  3. Умножьте величину тока в цепи на величину сопротивления в цепи — В = IR (закон Ома)

Что такое разность электрических потенциалов

Статьи по теме:

Возможная разница — Физика колледжа, главы 1-17

Сводка

  • Определите электрический потенциал и электрическую потенциальную энергию.
  • Опишите взаимосвязь между разностью потенциалов и электрической потенциальной энергией.
  • Объясните электрон-вольт и его использование в субмикроскопических процессах.
  • Определите электрическую потенциальную энергию по разнице потенциалов и количеству заряда.

Когда свободный положительный заряд [латекс] \ boldsymbol {q} [/ latex] ускоряется электрическим полем, как показано на рисунке 1, ему придается кинетическая энергия. Этот процесс аналогичен ускорению объекта гравитационным полем. Это как если бы заряд спускался с электрического холма, где его электрическая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую.Давайте исследуем работу, выполняемую над зарядом [латексом] \ boldsymbol {q} [/ latex] электрическим полем в этом процессе, чтобы мы могли разработать определение электрической потенциальной энергии.

Рис. 1. Заряд, ускоренный электрическим полем, аналогичен массе, спускающейся с холма. В обоих случаях потенциальная энергия преобразуется в другую форму. Работа совершается силой, но поскольку эта сила консервативна, мы можем записать W = –ΔPE .

Электростатическая или кулоновская сила консервативна, что означает, что работа, выполняемая с [латексом] \ boldsymbol {q} [/ latex], не зависит от пройденного пути.Это в точности аналогично силе гравитации в отсутствие диссипативных сил, таких как трение. Когда сила является консервативной, можно определить потенциальную энергию, связанную с силой, и обычно легче иметь дело с потенциальной энергией (потому что она зависит только от положения), чем вычислять работу напрямую.

Мы используем буквы PE для обозначения электрической потенциальной энергии, которая измеряется в джоулях (Дж). Изменение потенциальной энергии, [латекс] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE}} [/ latex], имеет решающее значение, поскольку работа, выполняемая консервативной силой, является отрицательной по отношению к изменению потенциальной энергии; то есть [латекс] \ boldsymbol {W = — \ Delta \ textbf {PE}} [/ latex].Например, работа [латекс] \ boldsymbol {W} [/ latex], выполняемая для ускорения положительного заряда в состоянии покоя, является положительной и является результатом потери в PE, или отрицательной [латексной] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} }[/латекс]. Перед [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE}} [/ latex] должен стоять знак минус, чтобы [latex] \ boldsymbol {W} [/ latex] было положительным. PE можно найти в любой точке, взяв одну точку за точку отсчета и вычислив работу, необходимую для перемещения заряда в другую точку.

Потенциальная энергия

[латекс] \ boldsymbol {W = — \ Delta \ textbf {PE}} [/ latex].Например, работа [латекс] \ boldsymbol {W} [/ latex], выполняемая для ускорения положительного заряда в состоянии покоя, является положительной и является результатом потери в PE, или отрицательной [латексной] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} }[/латекс]. Перед [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE}} [/ latex] должен стоять знак минус, чтобы [latex] \ boldsymbol {W} [/ latex] было положительным. PE можно найти в любой точке, взяв одну точку за точку отсчета и вычислив работу, необходимую для перемещения заряда в другую точку.

Гравитационная потенциальная энергия и электрическая потенциальная энергия совершенно аналогичны.Потенциальная энергия учитывает работу, выполняемую консервативной силой, и дает дополнительное понимание энергии и преобразования энергии без необходимости иметь дело с силой напрямую. Например, гораздо более распространено использование концепции напряжения (связанного с электрической потенциальной энергией), чем непосредственное рассмотрение кулоновской силы.

Посчитать работу напрямую, как правило, сложно, так как [latex] \ boldsymbol {W = Fd \; \ textbf {cos} \ theta} [/ latex], а также направление и величина [латекса] \ boldsymbol {F} [/ latex ] может быть сложным для нескольких зарядов, для объектов неправильной формы и для произвольных траекторий.Но мы знаем, что, поскольку [latex] \ boldsymbol {F = qE} [/ latex], работа и, следовательно, [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE}} [/ latex], пропорциональны тестовый заряд [латекс] \ boldsymbol {q} [/ latex]. Чтобы получить физическую величину, не зависящую от пробного заряда, мы определяем электрический потенциал [латекс] \ boldsymbol {V} [/ latex] (или просто потенциал, поскольку подразумевается электрический) как потенциальную энергию на единицу заряда:

[латекс] \ boldsymbol {V =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ textbf {PE}} {q}}.[/ латекс]

Электрический потенциал

Это электрическая потенциальная энергия на единицу заряда.

[латекс] \ boldsymbol {V =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ textbf {PE}} {q}} [/ latex]

Поскольку PE пропорционален [латексу] \ boldsymbol {q} [/ latex], зависимость от [latex] \ boldsymbol {q} [/ latex] отменяется. Таким образом, [latex] \ boldsymbol {V} [/ latex] не зависит от [latex] \ boldsymbol {q} [/ latex]. Изменение потенциальной энергии [латекс] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE}} [/ latex] имеет решающее значение, поэтому нас беспокоит разница потенциалов или разность потенциалов [латекс] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf { V}} [/ latex] между двумя точками, где

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {V} = \ textbf {V} _ {\ textbf {B}} — \ textbf {V} _ {\ textbf {A}} =} [/ latex] [латекс ] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta \ textbf {PE}} {q}}.[/ латекс]

Разность потенциалов между точками A и B, [латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {B}} — V _ {\ textbf {A}}} [/ latex], таким образом, определяется как изменение потенциальной энергии заряд [латекс] \ boldsymbol {q} [/ latex] переместился из A в B, разделенный на заряд. Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта.

[латекс] \ boldsymbol {1 \ textbf {V} = 1} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ textbf {J}} {\ textbf {C}}} [/ латекс]

Возможная разница

Разность потенциалов между точками A и B, [латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {B}} — V _ {\ textbf {A}}} [/ latex], определяется как изменение потенциальной энергии charge [latex] \ boldsymbol {q} [/ latex] перемещено из A в B, разделенное на заряд.Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта.

[латекс] \ boldsymbol {1 \ textbf {V} = 1} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ textbf {J}} {\ textbf {C}}} [/ латекс]

Знакомый термин «напряжение» — это общее название разности потенциалов. Имейте в виду, что всякий раз, когда указывается напряжение, под ним понимается разность потенциалов между двумя точками. Например, каждая батарея имеет две клеммы, а ее напряжение — это разность потенциалов между ними.По сути, точка, которую вы выбираете как ноль вольт, произвольна. Это аналогично тому факту, что гравитационная потенциальная энергия имеет произвольный ноль, например уровень моря или, возможно, пол лекционного зала.

Таким образом, взаимосвязь между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией определяется формулой

.

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta V =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta \ textbf {PE}} {q}} [/ latex] [латекс] \ text {and} \ ; \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = \ textbf {q} \ Delta \ textbf {V}}.[/ латекс]

Разность потенциалов и электрическая потенциальная энергия

Связь между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией определяется формулой

.

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta V =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta \ textbf {PE}} {q}} [/ latex] [латекс] \ text {and} \ ; \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = q \ Delta V}. [/ latex]

Второе уравнение эквивалентно первому.

Напряжение — это не то же самое, что энергия. Напряжение — это энергия на единицу заряда.Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), но один хранит гораздо больше энергии, чем другой, поскольку [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = q \ Delta V} [/ латекс]. Автомобильный аккумулятор может заряжать больше, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба аккумулятора — 12 В.

Расчет энергии

Предположим, у вас есть мотоциклетный аккумулятор на 12,0 В, способный обеспечить заряд на 5000 C, и автомобильный аккумулятор на 12,0 В, способный перемещать заряд на 60 000 C.Сколько энергии дает каждый? (Предположим, что числовое значение каждого заряда соответствует трем значащим цифрам.)

Стратегия

Сказать, что у нас батарея 12,0 В, означает, что на ее выводах разность потенциалов составляет 12,0 В. Когда такая батарея перемещает заряд, она пропускает заряд через разность потенциалов 12,0 В, и заряд получает изменение потенциальной энергии, равное [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = q \ Delta V}. . [/ латекс]

Итак, чтобы найти выходную энергию, мы умножаем перемещенный заряд на разность потенциалов.

Раствор

Для аккумулятора мотоцикла: [latex] \ boldsymbol {q = 5000 \; \ textbf {C}} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {\ Delta V = 12.0 \; \ textbf {V}} [/ latex ]. Суммарная энергия, отдаваемая аккумулятором мотоцикла, составляет

.

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} = {}} l} \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} _ {\ textbf {cycle}}} & \ boldsymbol {(5000 \; \ textbf {C}) (12.0 \; \ textbf {V})} \\ [1em] & \ boldsymbol {(5000 \; \ textbf {C}) (12.0 \; \ textbf {J} / \ textbf {C}) } \\ [1em] & \ boldsymbol {6.5 \; \ textbf {J}} \ end {array} [/ latex]

Обсуждение

Хотя напряжение и энергия связаны, это не одно и то же. Напряжения батарей одинаковы, но энергия, подаваемая каждым из них, совершенно разная. Также обратите внимание, что когда аккумулятор разряжается, часть его энергии используется внутри, а напряжение на его клеммах падает, например, когда фары тускнеют из-за низкого заряда автомобильного аккумулятора. Энергия, подаваемая батареей, по-прежнему рассчитывается, как в этом примере, но не вся энергия доступна для внешнего использования.

Обратите внимание, что энергии, вычисленные в предыдущем примере, являются абсолютными значениями. Изменение потенциальной энергии для аккумулятора отрицательное, так как он теряет энергию. Эти батареи, как и многие другие электрические системы, действительно перемещают отрицательный заряд — в частности, электроны. Батареи отталкивают электроны от своих отрицательных выводов (A) через любую задействованную схему и притягивают их к своим положительным выводам (B), как показано на рисунке 2. Изменение потенциала составляет [латекс] \ boldsymbol {\ Delta V = V _ {\ textbf {B}} — V _ {\ textbf {A}} = +12 \; \ textbf {V}} [/ latex] и заряд [latex] \ boldsymbol {q} [/ latex] отрицательный, так что [ latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = q \ Delta V} [/ latex] отрицательно, что означает, что потенциальная энергия батареи уменьшилась, когда [latex] \ boldsymbol {q} [/ latex] переместился из От А до Б.

Рисунок 2. Аккумулятор перемещает отрицательный заряд от отрицательной клеммы через фару к ее положительной клемме. Соответствующие комбинации химических веществ в батарее разделяют заряды, так что отрицательный вывод имеет избыток отрицательного заряда, который отталкивается им и притягивается к избыточному положительному заряду на другом выводе. С точки зрения потенциала положительный вывод находится под более высоким напряжением, чем отрицательный. Внутри аккумулятора движутся как положительные, так и отрицательные заряды.

Сколько электронов проходит через фару каждую секунду?

Когда от автомобильного аккумулятора на 12,0 В работает одна фара мощностью 30,0 Вт, сколько электронов проходит через нее каждую секунду?

Стратегия

Чтобы узнать количество электронов, мы должны сначала найти заряд, который переместился за 1,00 с. Перемещаемый заряд связан с напряжением и энергией через уравнение [латекс] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = q \ Delta V} [/ latex]. Лампа мощностью 30,0 Вт потребляет 30,0 джоулей в секунду. Поскольку батарея теряет энергию, мы имеем [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = -30.0 \; \ textbf {J}} [/ latex] и, поскольку электроны переходят от отрицательного вывода к положительному, мы видим, что
[latex] \ boldsymbol {\ Delta V = +12.0 \; V} [/ латекс].

Раствор

Чтобы найти перемещенный заряд [latex] \ boldsymbol {q} [/ latex], мы решаем уравнение [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = q \ Delta V} [/ latex]:

[латекс] \ boldsymbol {q =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta \ textbf {PE}} {\ Delta V}}. [/ Latex]

Вводя значения для [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE}} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {V}} [/ latex], получаем

[латекс] \ boldsymbol {q =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {-30.{19} \; \ textbf {электроны.}} [/ Latex]

Обсуждение

Это очень большое количество. Неудивительно, что мы обычно не наблюдаем отдельные электроны, так много которых присутствует в обычных системах. Фактически, электричество использовалось в течение многих десятилетий, прежде чем было установлено, что движущиеся заряды во многих обстоятельствах были отрицательными. Положительный заряд, движущийся в направлении, противоположном отрицательному, часто производит идентичные эффекты; это затрудняет определение того, что движется или оба движутся.

Энергия, приходящаяся на один электрон, очень мала в макроскопических ситуациях, подобных тому, что было в предыдущем примере — крошечная доля джоуля. Но в субмикроскопическом масштабе такая энергия, приходящаяся на частицу (электрон, протон или ион), может иметь большое значение. Например, даже крошечной доли джоуля может быть достаточно, чтобы эти частицы разрушили органические молекулы и повредили живые ткани. Частица может нанести ущерб при прямом столкновении или может создать вредные рентгеновские лучи, которые также могут нанести ущерб.Полезно иметь единицу энергии, относящуюся к субмикроскопическим эффектам. На рисунке 3 показана ситуация, связанная с определением такой единицы энергии. Электрон ускоряется между двумя заряженными металлическими пластинами, как это могло бы быть в телевизионной лампе или осциллографе старой модели. Электрону придается кинетическая энергия, которая позже преобразуется в другую форму — например, в свет в телевизионной трубке. (Обратите внимание, что спуск для электрона означает подъем для положительного заряда.) Поскольку энергия связана с напряжением соотношением [latex] \ boldsymbol {\ Delta \ textbf {PE} = q \ Delta V} [/ latex], мы можем думать о джоуль как кулон-вольт.

Рис. 3. Типичная электронная пушка ускоряет электроны, используя разность потенциалов между двумя металлическими пластинами. Энергия электрона в электрон-вольтах численно равна напряжению между пластинами. Например, разность потенциалов 5000 В производит электроны 5000 эВ.

В субмикроскопическом масштабе удобнее определять единицу энергии, называемую электрон-вольт (эВ), которая представляет собой энергию, передаваемую фундаментальному заряду, ускоренному через разность потенциалов в 1 В.{-19} \; \ textbf {J}.} \ End {array} [/ latex]

Электрону, ускоренному через разность потенциалов 1 В, придается энергия 1 эВ. Отсюда следует, что электрону, ускоренному до 50 В, дается 50 эВ. Разность потенциалов 100000 В (100 кВ) даст электрону энергию 100000 эВ (100 кэВ) и так далее. Точно так же ион с двойным положительным зарядом, ускоренный до 100 В, получит энергию 200 эВ. Эти простые соотношения между ускоряющим напряжением и зарядами частиц делают электрон-вольт простой и удобной единицей энергии в таких обстоятельствах.

Соединения: блоки энергии

Электрон-вольт (эВ) — наиболее распространенная единица измерения энергии для субмикроскопических процессов. Особенно это будет заметно в главах, посвященных современной физике. Энергия настолько важна для стольких предметов, что существует тенденция определять специальные единицы энергии для каждой основной темы. Например, калории для получения энергии из пищи, киловатт-часы для электроэнергии и термы для энергии природного газа.

Электрон-вольт обычно используется в субмикроскопических процессах — химическая валентная энергия, молекулярная и ядерная энергия связи входят в число величин, часто выражаемых в электрон-вольтах.Например, для разрушения определенных органических молекул требуется около 5 эВ энергии. Если протон ускоряется из состояния покоя через разность потенциалов 30 кВ, ему дается энергия 30 кэВ (30 000 эВ), и он может разбить до 6000 этих молекул [латекс] \ boldsymbol {(30 000 \; \ textbf {эВ} \ div 5 \; \ textbf {эВ на молекулу} = 6000 \; \ textbf {молекулы})} [/ латекс]. Энергия ядерного распада составляет порядка 1 МэВ (1000000 эВ) на событие и, таким образом, может нанести значительный биологический ущерб.

Полная энергия системы сохраняется, если нет чистого добавления (или вычитания) работы или теплопередачи. Для консервативных сил, таких как электростатическая сила, закон сохранения энергии утверждает, что механическая энергия постоянна.

Механическая энергия — это сумма кинетической энергии и потенциальной энергии системы; то есть [латекс] \ boldsymbol {\ textbf {KE} + \ textbf {PE} = \ textbf {constant}} [/ latex]. Потеря ПЭ заряженной частицы становится увеличением ее КЭ.Здесь PE — электрическая потенциальная энергия. Сохранение энергии выражается в форме уравнения как

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {KE} + \ textbf {PE} = \ textbf {constant}} [/ latex]

или

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {KE} _ {\ textbf {i}} + \ textbf {PE} _ {\ textbf {i}} = \ textbf {KE} _ {\ textbf {f}} + \ textbf {PE} _ {\ textbf {f}},} [/ latex]

, где i и f обозначают начальные и конечные условия. Как мы уже много раз выясняли, учет энергии может дать нам понимание и облегчить решение проблем.

Электрическая потенциальная энергия, преобразованная в кинетическую энергию

Рассчитайте конечную скорость свободного электрона, ускоренного из состояния покоя через разность потенциалов 100 В. 2} {2}}.6 \; \ textbf {m} / \ textbf {s}} \ end {array}. [/ Latex]

Обсуждение

Обратите внимание, что и заряд, и начальное напряжение отрицательны, как показано на рисунке 3. Из обсуждений в главе 18 «Электрический заряд и электрическое поле» мы знаем, что электростатические силы, действующие на мелкие частицы, обычно очень велики по сравнению с силой гравитации. Большая конечная скорость подтверждает, что гравитационная сила здесь действительно незначительна. Большая скорость также указывает на то, насколько легко ускорить электроны с помощью малых напряжений из-за их очень малой массы.В электронных пушках обычно используются напряжения, намного превышающие 100 В. Эти более высокие напряжения вызывают настолько большую скорость электронов, что необходимо учитывать релятивистские эффекты. Вот почему в этом примере рассматривается (точно) низкое напряжение.

  • Электрический потенциал — это потенциальная энергия на единицу заряда.
  • Разность потенциалов между точками A и B, [латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {B}} -V _ {\ textbf {A}}} [/ latex], определяемая как изменение потенциальной энергии заряда [латекс] \ boldsymbol {q} [/ latex], перемещенный от A к B, равен изменению потенциальной энергии, деленному на заряд. Разность потенциалов обычно называется напряжением и обозначается символом
    [латекс] \ boldsymbol {\ Дельта \ textbf {V}} [/ латекс].{-19} \; \ textbf {J}.} \ End {array} [/ latex]

  • Механическая энергия — это сумма кинетической энергии и потенциальной энергии системы, то есть [латекс] \ boldsymbol {\ textbf {KE} + \ textbf {PE}} [/ latex]. Эта сумма постоянна.

Концептуальные вопросы

1: Напряжение — это обычное слово для обозначения разности потенциалов. Какой термин является более описательным, напряжение или разность потенциалов?

2: Если напряжение между двумя точками равно нулю, можно ли перемещать тестовый заряд между ними при нулевой работе сети? Обязательно ли это делать без применения силы? Объяснять.

3: Какая связь между напряжением и энергией? Точнее, какова взаимосвязь между разностью потенциалов и электрической потенциальной энергией?

4: Напряжение всегда измеряется между двумя точками. Почему?

5: Как связаны единицы вольт и электронвольт? Чем они отличаются?

Задачи и упражнения

1: Найдите отношение скоростей электрона и отрицательного иона водорода (тот, у которого есть дополнительный электрон), ускоренных одним и тем же напряжением, при условии, что конечные скорости нерелятивистские.{-27} \; \ textbf {кг}} [/ латекс]. (а) Вычислите его кинетическую энергию в джоулях при 2,00% скорости света. (б) Что это в электрон-вольтах? (c) Какое напряжение потребуется для получения этой энергии?

4: Integrated Concepts
Однозарядные ионы газа ускоряются из состояния покоя за счет напряжения 13,0 В. При какой температуре средняя кинетическая энергия молекул газа будет такой же, как у этих ионов?

5: Комплексные концепции
Считается, что температура около центра Солнца составляет 15 миллионов градусов Цельсия [латекс] \ boldsymbol {(1.{\ circ} \ textbf {C})} [/ латекс]. Через какое напряжение должен быть ускорен однозарядный ион, чтобы он имел такую ​​же энергию, как средняя кинетическая энергия ионов при этой температуре?

6: Комплексные концепции
(a) Какова средняя выходная мощность дефибриллятора сердца, который рассеивает 400 Дж энергии за 10,0 мс? (б) Учитывая высокую выходную мощность, почему дефибриллятор не вызывает серьезных ожогов?

7: Комплексные концепции
Молния ударяет по дереву, перемещая 20.{\ circ} \ textbf {C}} [/ латекс]. (а) Насколько заряжен аккумулятор? (б) Сколько электронов течет в секунду, если для разогрева формулы требуется 5,00 мин? (Подсказка: предположите, что удельная теплоемкость детской смеси примерно такая же, как удельная теплоемкость воды.)

9: Комплексные концепции
В автомобиле с батарейным питанием используется система напряжением 12,0 В. Найдите заряд, который батареи должны быть в состоянии двигаться, чтобы разогнать автомобиль весом 750 кг от состояния покоя до 25,0 м / с, заставить его взобраться на [латексный] \ boldsymbol {2.{-12} \; \ textbf {m}} [/ latex], найдя напряжение одного на таком расстоянии и умножив на заряд другого. (б) При какой температуре атомы газа будут иметь среднюю кинетическую энергию, равную этой необходимой электрической потенциальной энергии?

11: Необоснованные результаты
(a) Найдите напряжение около металлической сферы диаметром 10,0 см, на которой имеется 8,00 C избыточного положительного заряда. б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

12: Создайте свою проблему
Рассмотрим аккумулятор, используемый для подачи энергии в сотовый телефон.Постройте задачу, в которой вы определяете энергию, которая должна быть предоставлена ​​аккумулятором, а затем вычисляете количество заряда, которое он должен иметь возможность перемещать, чтобы обеспечить эту энергию. Среди прочего следует учитывать потребность в энергии и напряжение батареи. Возможно, вам придется заглянуть в будущее, чтобы интерпретировать номинальные характеристики батареи в ампер-часах производителя как энергию в джоулях.

Глоссарий

электрический потенциал
потенциальная энергия на единицу заряда
разность потенциалов (или напряжение)
изменение потенциальной энергии заряда, перемещенного из одной точки в другую, деленное на заряд; единицы разности потенциалов — джоули на кулон, известные как
вольт.
электрон-вольт
энергия, передаваемая фундаментальному заряду, ускоренному через разность потенциалов в один вольт
механическая энергия
сумма кинетической энергии и потенциальной энергии системы; эта сумма постоянна

Решения

Задачи и упражнения

1: 42.{12} \; \ textbf {V}} [/ латекс]

(b) Это напряжение очень высокое. Сфера диаметром 10,0 см никогда не сможет выдержать такое напряжение; это разрядило бы.

(c) Заряд 8,00 C — это больше заряда, чем может разумно накопиться на сфере такого размера.

Определение разницы в электрическом потенциале между двумя точками — видео и стенограмма урока

Равномерное электрическое поле

В однородном электрическом поле уравнение для вычисления разности электрических потенциалов очень просто: V = Ed .В этом уравнении V, — это разность потенциалов в вольтах (или Джоулях на кулон), E — напряженность электрического поля в данной области (в ньютонах на кулон) и d — расстояние между двумя пластинами ( в метрах).

Ситуация с параллельными пластинами, о которой я упоминал ранее, является примером однородного электрического поля. Между пластинами силовые линии расположены на равном расстоянии, поэтому поле везде одинаково напряженно — оно однородное. Если бы мы хотели выяснить разность потенциалов между пластинами, мы могли бы взять электрическое поле между пластинами, E , и просто умножить его на расстояние между пластинами.Строго говоря, это расстояние, d , всегда должно быть в направлении силовых линий (если вы двигаетесь влево и вправо по этой диаграмме, электрический потенциал вообще не меняется).

Прочность между параллельными пластинами одинакова.

Пример

Пришло время рассмотреть пример. Допустим, вы подключаете конденсатор с параллельными пластинами к батарее 12 В. Когда конденсатор полностью заряжен, между пластинами создается электрическое поле силой 10 ньютонов на кулон.Какое должно быть расстояние между пластинами?

Прежде всего, мы должны записать то, что мы знаем. Мы знаем, что напряжение, В, , составляет 12 вольт. Мы знаем, что электрическое поле E составляет 10 ньютонов на кулон. И нас просят найти d , расстояние между пластинами. Мы знаем это, потому что если вы подключите батарею 12 В к параллельным пластинам, это создаст разность потенциалов в 12 вольт между двумя пластинами.

Итак, все, что нам нужно сделать, это вставить наши числа, переставить их на d и решить.Когда мы это сделаем, у нас получится 1,2 метра. Вот и все — вот наш ответ.

Резюме урока

Электрический потенциал в определенной точке пространства — это работа, совершаемая при перемещении положительного заряда из бесконечности в эту точку. Электрический потенциал на бесконечности определяется как ноль. Электрический потенциал связан с электрической потенциальной энергией в том смысле, что электрический потенциал — это электрическая потенциальная энергия на единицу заряда.

В то время как электрическая потенциальная энергия зависит от конкретного заряда, электрический потенциал определяется только положением внутри поля. Разность электрических потенциалов — это разность электрических потенциалов между двумя точками в пространстве. Вот и все, что есть. Он также измеряется в Джоулях на кулон, но обычно сокращается до другой единицы: вольт.

Представим, что у нас есть две параллельные пластины: одна с положительным зарядом, а другая с отрицательным. В электромагнетизме мы используем положительный заряд для определения электрических полей. Если вы высвободите положительный заряд на отрицательной пластине, он никуда не денется, потому что противоположности притягиваются.Но если вы отпустите его на положительной пластине, он будет следовать за линиями поля и «упадет» на отрицательную пластину. Итак, когда мы говорим об электрических полях, мы можем сказать, что силовые линии указывают в направлении уменьшения электрического потенциала.

В однородном электрическом поле уравнение для вычисления разности электрических потенциалов очень просто: V = Ed . В этом уравнении V — это разность потенциалов в вольтах, E — напряженность электрического поля (в ньютонах на кулон) и d — расстояние между двумя точками (в метрах).

Результаты обучения

По завершении этого урока вы должны уметь:

  • Описывать электрический потенциал и разность электрических потенциалов
  • Вычислить разность электрических потенциалов в однородном поле

Класс разности электрических потенциалов Десятый Наука Физика NCERT


Разница в потенциале

Электрический потенциал: Количество электрической потенциальной энергии в точке называется электрическим потенциалом.

Разница электрических потенциалов: Разница в количестве электрической потенциальной энергии между двумя точками в электрической цепи называется ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ РАЗНИЦЕЙ или разностью потенциалов. Разница потенциалов известна как напряжение, которое равно работе, совершаемой на единицу заряда по перемещению заряда между двумя точками против статического электрического поля.


Следовательно,

`текст (Напряжение) = текст (Работа выполнена) / текст (Заряд)`

Напряжение или разность электрических потенциалов обозначается В .(-1) `

Поскольку джоуль — это единица работы, а кулон — это единица заряда, 1 вольт разности электрических потенциалов равен 1 джоулю работы, которую необходимо совершить для перемещения заряда в 1 кулон из одной точки в другую в электрической цепи. Следовательно,

`1V = (1 текст (Джоуль)) / (1 текст (Кулон)) = (1J) / (1C)`

Вольтметр: Устройство для измерения разности потенциалов или разности электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.


Пример 1: Рассчитайте проделанную работу, если заряд 5 Кл перемещается через две точки с разностью потенциалов, равной 15 В.

Решение: Учитывая, что разность потенциалов (В) = 15 В

Заряд (Q) = 5 Кл

Выполненная работа (Вт) =?

Мы знаем, что `V = W / Q`

Или, `W = V xx Q`

Или, `W = 15 В xx 5 C = 75 Дж`

Пример 2: Рассчитайте работу, проделанную для переноса заряда 3 Кл, если разность потенциалов между двумя точками составляет 10 В.

Решение: Учитывая, заряд = 3 Кл

Разница потенциалов между двумя точками = 10 В

Выполненная работа (Вт) =?

Мы знаем, что `V = W / Q`

Или, `W = V xx Q`

Или, `W = 10 В xx 3 C = 30 Дж`

Пример 3: Какая разность потенциалов требуется для выполнения 100 Дж работы, чтобы нести заряд 10 Кл между двумя точками?

Решение: Дано, проделанная работа (Вт) = 100 Дж

Заряд (Q) = 10C

Разница потенциалов (В) =?

Мы знаем, что `V = W / Q`

Или, `V = (100 Дж) / (10 C) = 10 В`


Пример 4: Рассчитать разность потенциалов между двумя точками, если для переноса заряда 50C от одной точки к другой выполнено 1500 Дж работы?

Решение: Дано, проделанная работа (Вт) = 1500 Дж

Заряд (Q) = 50C

Разница потенциалов (В) =?

Мы знаем, что `V = W / Q`

Или, `V = (1500 Дж) / (50 C) = 30 В`

Пример 5: Было бы выполнено 5000 Дж работы, чтобы нести сколько заряда между двумя точками, имеющими разность потенциалов 100 В?

Решение: Учитывая, что разность потенциалов (В) = 100 В

Выполненная работа (Вт) = 5000 Дж

Заряд (Q) =?

Мы знаем, что `V = W / Q`

Или, `Q = W / V`

Или, `Q = (5000 Дж) / (100 В) = 50 C`

Пример 6: Чтобы нести сколько заряда между двумя точками, имеющими разность потенциалов, равную 220 В, выполнено 1760 Дж работы?

Решение: Учитывая, что разность потенциалов (В) = 220 В

Выполненная работа (Вт) = 1760 Дж

Заряд (Q) =?

Мы знаем, что `V = W / Q`

Или, `Q = W / V`

Или, `Q = (1760 Дж) / (220 В) = 8 Кл`

Символы, используемые на принципиальной схеме

Рис. Общие символы принципиальной схемы


Возможная разница и ЭДС: одинаковы ли они?

Разность потенциалов двух заряженных тел называется разностью потенциалов (PD) .

Рассмотрим два тела A и B с потенциалами +5 В и +3 В.

Каждый кулон заряда тела A имеет энергию 5 джоулей, а тело B имеет энергию 3 джоулей. Ясно, что тело A имеет более высокий потенциал, чем тело B.

Если два тела соединены посредством проводника [рисунок справа], то электроны будут течь от тела B к телу A (обычный электрический ток будет в противоположном направлении, то есть от A к B).

Когда два тела достигают одинакового потенциала, ток прекращается.

Таким образом, мы приходим к очень важному выводу, что ток будет течь в цепи, если существует разность потенциалов. Нет разницы потенциалов, нет тока.

Можно отметить, что разность потенциалов иногда называют напряжением .

Единица разницы потенциалов

Поскольку единицей измерения электрического потенциала является вольт , можно ожидать, что единицей измерения разности потенциалов также будет вольт.

Обозначается как:

Разность потенциалов между двумя точками составляет 1 вольт, если один джоуль работы выполняется при передаче заряда 1C из точки с более низким потенциалом в точку с более высоким потенциалом.

Рассмотрите точки A и B в электрической цепи, как показано на рисунке выше. Предположим, VA = VB = 1 Вольт. Это значит, что при переносе 1С заряда из точки Б в точку А будет выполнено 1 Дж работы.

В качестве альтернативы, 1 Дж работы (или энергии) будет высвобождаться (в виде тепла), если 1 C заряда перемещается из точки A в точку B.

Обратите внимание, что вольт — это единица измерения энергии.

ЭДС и разность потенциалов

Существует четкая разница между ЭДС и разностью потенциалов.

ЭДС устройства, например батареи, является мерой энергии, которую батарея отдает каждому кулону заряда.

Таким образом, если батарея обеспечивает 4 джоулей энергии на кулон, мы говорим, что у нее есть ЭДС. от 4 вольт. Энергия, отдаваемая каждому кулону в батарее, обусловлена ​​химическим действием.

Разность потенциалов между двумя точками, обозначенная A и B, является мерой энергии, используемой одним кулоном при перемещении из точки A в точку B.

Таким образом, если разность потенциалов между точками A и B составляет 2 вольта, это означает, что каждый кулон отдаст энергию в 2 джоуля при перемещении от A к B.

Ниже приведены различия между ЭДС и разностью потенциалов:

Название EMF , на первый взгляд, подразумевает, что это сила, которая вызывает протекание тока. Но это неверно, потому что это не сила, а энергия, поставляемая для зарядки некоторым активным устройством, например, аккумулятором.

EMF поддерживает разность потенциалов, в то время как разность потенциалов вызывает протекание тока.

Когда мы говорим, что EMF устройства (т.е.g., ячейка) составляет 2 В, это означает, что прибор подает энергию в 2 джоуля на каждый кулон заряда. Когда мы говорим, что разность потенциалов между точками A и B цепи (предположим, что точка A имеет более высокий потенциал) составляет 2 В, это означает, что каждый кулон заряда будет отдавать энергию в 2 джоуля при перемещении от A к B.

ЭДС Разница потенциалов
ЭДС поддерживает разность потенциалов Разность потенциалов вызывает протекание тока
ЭДС устройства составляет 2 В, это означает, что устройство подает энергию в 2 джоуля на каждый кулон заряда. Разница потенциалов составляет 2 В, что означает, что каждый кулон заряда будет отдавать энергию в 2 джоуля при перемещении из точки A в точку B.

Разность потенциалов и сопротивление — Электрические цепи — AQA — GCSE Combined Science Revision — AQA Trilogy

Ток через компонент зависит как от сопротивления компонента, так и от разности потенциалов на нем.

Измерение разности потенциалов

Чтобы измерить разность потенциалов на компоненте, вольтметр должен быть размещен параллельно с этим компонентом, чтобы измерить разницу в энергии от одной стороны компонента к другой.Разница потенциалов также известна как напряжение и измеряется в вольтах (В).

Разница потенциалов — это мера того, сколько энергии передается между двумя точками в цепи.

Энергия, напряжение и заряд

Когда заряд движется через разность потенциалов, выполняется электрическая работа и передается энергия. Разность потенциалов можно рассчитать с помощью уравнения:

\ [потенциальная разность = \ frac {энергия} {заряд} \]

\ [V = \ frac {E} {Q} \]

Это когда:

  • разность потенциалов ( В ) измеряется в вольтах (В)
  • энергия ( E ) измеряется в джоулях (Дж)
  • заряд ( Q ) измеряется в кулонах (C)

Один вольт — это разность потенциалов, когда один кулон заряда передает один джоуль энергии.

Пример

Какова разница потенциалов между двумя точками, если заряд 2 Кл сдвигается на 4 Дж?

\ [V = \ frac {E} {Q} \]

\ [V = \ frac {4} {2} \]

\ [V = 2 ~ V \]

Вопрос

Сколько энергии передается, когда заряд 3 Кл проходит через разность потенциалов 6 В?

Показать ответ

\ [V = \ frac {E} {Q} \]

\ [E = V \ times Q \]

\ [E = 6 \ times 3 \]

\ [ E = 18 ~ Дж \]

Сопротивление

Когда заряд проходит через разность потенциалов, совершается электрическая работа и передается энергия.Разность потенциалов можно рассчитать по формуле:

разность потенциалов = ток × сопротивление

\ [V = I \ times R \]

Это когда:

  • разность потенциалов ( В ) измеряется в вольтах. (В)
  • ток ( I ) измеряется в амперах (A)
  • сопротивление ( R ) измеряется в омах (Ом)

Один вольт — это разность потенциалов, когда один кулон заряда передает один джоуль энергии.

Проводники имеют низкое сопротивление. Изоляторы обладают высоким сопротивлением.

Пример

Какова разница потенциалов, если ток 2 А протекает через сопротивление 40 Ом?

\ [V = I \ times R \]

\ [V = 2 \ times 40 \]

\ [V = 80 ~ V \]

Вопрос
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.