Как определить разность потенциалов: Что такое разность потенциалов

Что такое разность потенциалов

Во многих случаях для того, чтобы правильно уяснить суть вопроса, касающегося электротехники, необходимо точно знать, что такое разность потенциалов.

Определение разности потенциалов

Общее понятие состоит в электрическом напряжении, образованном между двумя точками, и представляющем собой работу электрического поля, которую необходимо совершить для перемещения из одной точки в другую положительного единичного заряда.

Таким образом, в равномерном и бесконечном электрическом поле положительный заряд под воздействием этого поля будет перемещен на бесконечное расстояние в направлении, одинаковым с электрическим полем. Потенциал конкретной точки поля представляет собой работу, производимую электрическим полем при перемещении из этой точки положительного заряда в точку, удаленную бесконечно. При перемещении заряда в обратном направлении, внешними силами производится работа, направленная на преодоление электрической силы поля.

Разность потенциалов на практике

Разность потенциалов, существующая в двух различных точках поля, получила понятие напряжения, измеряемого в вольтах. В однородном электрическом поле очень хорошо просматривается зависимость между электрическим напряжением и напряженностью электрического поля.

Точки с одинаковым потенциалом, расположенные вокруг заряженной поверхности проводника, полностью зависят от формы этой поверхности. При этом разность потенциалов для отдельных точек, лежащих на одной и той же поверхности имеет нулевое значение. Такая поверхность проводника, где каждая точка обладает одинаковым потенциалом носит название эквипотенциальной поверхности.

Когда происходит приближение к заряженному телу, происходит быстрое увеличение потенциала, а расположение эквипотенциальных поверхностей становится более тесным относительно друг друга. При удалении от заряженных тел, расположение эквипотенциальных поверхностей становится более редким. Расположение электрических силовых линий всегда перпендикулярно с эквипотенциальной поверхностью в каждой точке.

В заряженном проводнике все точки на его поверхности обладают одинаковым потенциалом. То же значение имеется и во внутренних точках проводника.

Проводники, имеющие различные потенциалы, соединенные между собой с помощью металлической проволоки. На ее концах появляется напряжение или разность потенциалов, поэтому вдоль всей проволоки наблюдается действие электрического поля. Свободные электроны начинают двигаться в направлении увеличения потенциала, что вызывает появление электрического тока.

Падение потенциала вдоль проводника

разность потенциалов в электротехнике и физике

Понятие «потенциал» широко используется в физике для характеристики различных полей и сил. Наиболее известны такие применения:

  • Электромагнитный – характеристика электромагнитного поля;
  • Гравитационный – характеристика полей гравитации;
  • Механический – определение сил;
  • Термодинамический – мера внутренней энергии тел термодинамической системы;
  • Химический;
  • Электродный.

Разность потенциалов

В свою очередь, электромагнитный делится на два понятия:

  • Электростатический (скалярный), как характеристика электрического поля;
  • Векторный, характеризующий магнитное поле.

Напряженность изменяющегося электрического поля находится через электрический потенциал, в то время как статичное поле характеризуется электростатическим.

Разность потенциалов

Разность потенциалов, или напряжение, – одно из основных понятий электротехники. Ее можно определить как работу электрического поля, затраченную на перенос заряда между двумя точками. Тогда на вопрос, что такое потенциал, можно ответить, что это работа по переносу единичного заряда из данной точки в бесконечность.

Как и в случае гравитационных сил, заряд, подобно телу с потенциальной энергией, имеет определенный электрический потенциал при внесении его в электрическое поле. Чем выше напряженность электрического поля, и больше величина заряда, тем выше его электрический потенциал.

Для определения напряжения существует формула:

U=A/q,

которая связывает работу А по перемещению заряда q из одной точки в другую.

Проведя преобразование, получим:

А=Uq.

То есть чем выше напряжение, тем большую работу электрическим полем (электричеством) надо затратить по переносу зарядов.

Данное определение позволяет понять суть мощности источника питания. Чем выше его напряжение, разность потенциалов между клеммами, тем большее количество работы он может обеспечить.

Разность потенциалов измеряется в вольтах. Для измерения напряжения созданы измерительные приборы, которые именуются вольтметрами. Они основаны на принципах электродинамики. Ток, проходя по проволочной рамке вольтметра, под действием измеряемого напряжения создает электромагнитное поле. Рамка находится между полюсами магнитов.

Взаимодействие полей рамки и магнита заставляет последнюю отклониться на некоторый угол. Большая разность потенциалов создает больший ток, в результате угол отклонения увеличивается. Шкала прибора пропорциональна углу отклонения рамки, то есть разности потенциалов и проградуирована в вольтах.

Вольтметр

В руках современного электрика имеются не только стрелочные, но и цифровые измерительные приборы, которые не только измеряют электрический потенциал в определенной точке схемы, но и другие величины, характеризующие электрическую цепь. Напряжения в точках измеряются по отношению к другим, которым условно присваивают значение нуля. Тогда измеренное значение между нулевым и потенциальным выводами даст искомое напряжение.

Сказанное выше относится к напряжению как разности потенциалов между двумя зарядами. В электротехнике эта разность измеряется на участке цепи при протекании по нему тока. В случае переменного тока, то есть изменяющего во времени амплитуду и полярность, напряжение в цепи изменяется по такому же закону. Это справедливо только при наличии в схеме активных сопротивлений. Реактивные элементы в цепи переменного тока вызывают сдвиг фазы относительно протекающего тока.

Потенциометры

Напряжение источников питания, в особенности автономных, таких как аккумуляторы, химические источники, солнечные и тепловые батареи, является постоянным и не поддается регулировке. Для получения меньших значений используются, в простейшем случае, потенциометрические делители напряжения с использованием трехвыводного переменного резистора (потенциометра). Как работает потенциометр? Переменный резистор представляет собой резистивный элемент с двумя выводами, по которому может перемещаться контактный ползунок с третьим выводом.

Потенциометр-реостат

Переменный резистор может включаться двумя способами:

  • Реостатным;
  • Потенциометром.

В первом случае у переменного резистора используются два вывода: один – основной, другой – с ползунка. Перемещая ползунок по телу резистора, изменяют сопротивление. Включив реостат в цепь электрического тока последовательно с источником напряжения, можно регулировать ток в цепи.

Реостатное включение

Включение потенциометром требует использования всех трех выводов. Основные выводы подключаются параллельно источнику питания, а пониженное напряжение снимается с ползунка и одного из выводов.

Принцип действия потенциометра заключается в следующем. Через резистор, подключенный к источнику питания, проходит ток, который создает падение напряжения между ползунком и крайними выводами. Чем меньше сопротивление между ползунком и выводом, тем меньше напряжение. Данная схема имеет недостаток, она сильно нагружает источник питания, поскольку для корректной и точной регулировки требуется, чтобы сопротивление переменного резистора было в несколько раз меньше сопротивления нагрузки.

Потенциометрическое включение

Обратите внимание! Название «потенциометр» в данном случае не совсем корректно, поскольку из названия следует, что это устройство для измерения, но так как по принципу действия оно схоже с современным переменным резистором, то это название за ним прочно закрепилось, особенно в любительской среде.

Многие понятия в физике схожи и могут служить примером друг другу. Это справедливо и для такого понятия, как потенциал, который может быть как механической величиной, так и электрической. Сам по себе потенциал измерить невозможно, поэтому речь идет о разности, когда один из двух зарядов принимается за точку отсчета – нуль или заземление, как принято в электротехнике.

Видео

Оцените статью:

Разность потенциалов

Разность потенциалов между двумя точками в схеме представляет со­бой разность их напряжений (относительно общей точки, обычно зе­мли). Например, разность потенциалов между точками А и В на рис. 1.8 VAВ = (VA — VВ), где VA — напряжение в точке А и VВ — напряжение в точке В. Напряжения Уд и Уд измеряются относительно провода Е, име­ющего нулевой потенциал. Напряжение в любой точке электрической схемы измеряется относительно нулевого провода, корпуса или земли.

Например, если VA = 5 В и VВ = 3 В, то VAВ = VA — VВ = 5 — 3 = 2 В (рис. 1.9(а)).

Напряжения могут отличаться по знаку — быть отрицательными и по­ложительными. Разность потенциалов между двумя точками, имеющими напряжения с противоположными знаками, равна сумме этих напряже­ний.

Например, если VС = 3 В, а VD = -2 В, то V = VС + VD = 3 + 2 = 5 В (рис. 1.9(б)).

Итак, если два напряжения имеют одинаковую полярность, или оди­наковые знаки, то разность потенциалов между ними равна их разности. Если же напряжения имеют разные знаки, то разность потенциалов ме­жду ними равна их сумме.

 

 

Рис. 1.9. Наглядное представление напряжений с разными знаками относи­тельно линии нулевого потенциала

 

Параллельное соединение резисторов

 

На рис. 1.10 изображены два резистора, R1 и R2 соединенные парал­лельно. Ток I от батареи разветвляется в точке А на ток I1, протека­ющий через сопротивление R1, и ток I2, протекающий через сопротив­ление R2. В точке В эти токи складываются и образуют полный ток I = I1 + I2.

Рис. 1.10. Два резистора, соединенные параллельно

 

С другой стороны, к каждому резистору приложено полное напряже­ние V, т. е.

Полное напряжение V = напряжению на R1

= напряжению на R2.

 

Общее сопротивление

Общее сопротивление (R) двух резисторов, соединенных параллельно, определяется формулой:

Заметим, что общее сопротивление двух параллельных резисторов всегда меньше, чем сопротивление меньшего из них. Общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов, имеющих одинаковое сопротивле­ние, равно половине сопротивления одного из них.

 

Параллельное соединение трех и более резисторов

В общем случае общее сопротивление произвольного числа резисторов, соединенных параллельно, можно определить по формуле выше.

Пример 4

Определить общее сопротивление схемы, изображенной на рис. 1.11(а).

Решение

R1 и R2 соединены последовательно и их общее сопротивление RТ1 = R1 + R2 = 6 + 8 = 14 Ом.

Теперь, после замены резисторов R1 и R2 их общим сопротивлением RТ1, (схема на рис. 1.11(б)), резистор R3 оказался включенным параллельно с RТ1, равным ему по величине. Следовательно, их общее сопротивление RТ2 вполовину меньше каждого из них. Теперь схема примет вид, как показано на рис. 1.11(в), где RТ2 = 7 Ом и соединено последовательно с R4. Отсюда общее сопротивление схемы между точками А и В равно RТ2 + R4 = 7 + 3 = 10 Ом

Рис. 1.11

 

Добавить комментарий

Определить разность потенциалов (по модулю) между точками, отстоящими

Условие задачи:

Определить разность потенциалов (по модулю) между точками, отстоящими от заряда 4 нКл на расстоянии 16 и 20 см.

Задача №6.3.11 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(q=4\) нКл, \(r_1=16\) см, \(r_2=20\) см, \(\Delta \varphi-?\)

Решение задачи:

Потенциал электрического поля заряда \(q\) в точке, находящей на некотором расстоянии \(r\) от указанного заряда, определяют так:

\[\varphi = \frac{{kq}}{r}\;\;\;\;(1)\]

Коэффициент пропорциональности \(k\) равен 9·109 Н·м2/Кл2.

Тогда потенциал в точках A и B можно найти соответственно по таким формулам:

\[\left\{ \begin{gathered}
{\varphi _1} = \frac{{kq}}{{{r_1}}} \hfill \\
{\varphi _2} = \frac{{kq}}{{{r_2}}} \hfill \\
\end{gathered} \right.\]

Из формулы (1) видно, что чем дальше находится точка, в которой определяют потенциал, тем потенциал меньше (так как \({r_1} < {r_2}\), то \({\varphi_1} > {\varphi_2}\)). Поэтому модуль разности потенциалов \(\Delta \varphi\) следует искать, используя такую формулу:

\[\Delta \varphi = {\varphi _1} – {\varphi _2}\]

Учитывая формулы из вышеприведённой системы, имеем:

\[\Delta \varphi = \frac{{kq}}{{{r_1}}} – \frac{{kq}}{{{r_2}}}\]

Напоследок приведём формулу под общий знаменатель:

\[\Delta \varphi = \frac{{kq\left( {{r_2} – {r_1}} \right)}}{{{r_1}{r_2}}}\]

Произведём вычисления:

\[\Delta \varphi = \frac{{9 \cdot {{10}^9} \cdot 4 \cdot {{10}^{ – 9}} \cdot \left( {0,2 – 0,16} \right)}}{{0,16 \cdot 0,2}} = 45\;В\]

Ответ: 45 В.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

6.3.10 Сколько электронов следует передать металлическому шарику радиусом 7,2 см
6.3.12 Расстояние между точечными зарядами 10 и -1 нКл равно 1,1 м. Найти
6.3.13 В двух вершинах равностороннего треугольника со стороной 0,5 м находятся

Элеком37, Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение. физика.

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.


Электростатическое поле обладает важным свойством: работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.

Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение: работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Свойство потенциальности (независимости работы от формы траектории) электростатического поля позволяет ввести понятие потенциальной энергии заряда в электрическом поле. А физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют

потенциалом φ электрического поля:

Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля. В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала (а значит и разности потенциалов, т.е. напряжения) является вольт [В]. Потенциал — скалярная величина.

Во многих задачах электростатики при вычислении потенциалов за опорную точку, где значения потенциальной энергии и потенциала обращаются в ноль, удобно принять бесконечно удаленную точку. В этом случае понятие потенциала может быть определено следующим образом: потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Вспомнив формулу для потенциальной энергии взаимодействия двух точечных зарядов и разделив ее на величину одного из зарядов в соответствии с определением потенциала получим, что

потенциал φ поля точечного заряда Q на расстоянии r от него относительно бесконечно удаленной точки вычисляется следующим образом:

Потенциал рассчитанный по этой формуле может быть положительным и отрицательным в зависимости от знака заряда создавшего его. Эта же формула выражает потенциал поля однородно заряженного шара (или сферы) при r ≥ R (снаружи от шара или сферы), где R – радиус шара, а расстояние r отсчитывается от центра шара.

Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используют эквипотенциальные поверхности. Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала. Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы.

Электрическое

напряжение это просто разность потенциалов, т.е. определение электрического напряжения может быть задано формулой:

В однородном электрическом поле существует связь между напряженностью поля и напряжением:

Работа электрического поля может быть вычислена как разность начальной и конечной потенциальной энергии системы зарядов:

Работа электрического поля в общем случае может быть вычислена также и по одной из формул:

В однородном поле при перемещении заряда вдоль его силовых линий работа поля может быть также рассчитана по следующей формуле:

В этих формулах:

          φ – потенциал электрического поля.
          ∆φ – разность потенциалов.
          W – потенциальная энергия заряда во внешнем электрическом поле.
          A – работа электрического поля по перемещению заряда (зарядов).
          q – заряд, который перемещают во внешнем электрическом поле.
          U – напряжение.
          E – напряженность электрического поля.
          d или ∆l – расстояние на которое перемещают заряд вдоль силовых линий.

Во всех предыдущих формулах речь шла именно о работе электростатического поля, но если в задаче говорится, что «работу надо совершить», или идет речь о «работе внешних сил», то эту работу следует считать так же, как и работу поля, но с противоположным знаком.

Принцип суперпозиции потенциала

Из принципа суперпозиции напряженностей полей, создаваемых электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов (при этом знак потенциала поля зависит от знака заряда, создавшего поле):

Обратите внимание, насколько легче применять принцип суперпозиции потенциала, чем напряженности. Потенциал – скалярная величина, не имеющая направления. Складывать потенциалы – это просто суммировать численные значения.



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?

Вычисление разности потенциалов по напряженности поля

 

Установленная в § 85 связь между напряженностью поля и потенциалом позволяет по известной напряженности поля найти разность потенциалов между двумя произвольными точками этого поля.

1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскостиопределяетсяформулой (82.1): где σ поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между точками, лежащими на расстояниях x1 и х2 от плоскости, равна (используем формулу (85.1))

2. Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостейопределяется формулой (82.2): где σ поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между плоскостями, расстояние между которыми равно d (см. формулу (85.1)), равна

(86.1)

3. Поле равномерно заряженной сферической поверхности радиуса R с общим зарядом Q вне сферы (r>R) вычисляется по (82.3): .Разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r1 и г2 от центра сферы (r1>R, г2>R, г2>r1), равна

(86.2)

Если принять r1=R и r2= , то потенциал поля вне сферической поверхности, согласно формуле (86.2), задается выражением

(ср. с формулой (84.5)). Внутри сферической поверхности потенциалвсюду одинаков и равен

График зависимости у от г приведен на рис. 134.

Рис. 134

4. Поле объемно заряженного шара радиуса R с общим зарядом Q вне шара (г>R) вычисляется по формуле (82.3), поэтому разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r1 и г2 от центра шара (r1>R, г2>R, г2>r1), определяется формулой (86.2). В любой точке, лежащей внутри шара на расстоянии г’ от его центра (г‘<R), напряженность определяется выражением (82.4): . Следовательно, разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстоянияхr1/ и г2‘ от центра шара(r1/<R, г2/<R, г2/>r1/)равна

5. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндрарадиусаR,заряженного с линейной плотностью τ, вне цилиндра (г>R) определяется формулой (82.5): . Следовательно, разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r1 и r2 от оси заряженного цилиндра (r1>R, г2>R, г2>r1), равна

 


Узнать еще:

Как рассчитать потенциальную разницу между двумя точками | Физика

Как рассчитать потенциальную разницу между двумя точками

Шаг 1: Определите напряженность поля, {eq}E {/eq} и расстояние между двумя точками {eq}d {/экв}.

Шаг 2: Используйте формулу {eq}\Delta V=Ed {/eq}, чтобы вычислить разность потенциалов между двумя точками.

Что такое потенциальная разница?

Разность потенциалов: Разность потенциалов — это изменение электрического потенциала или напряжения между двумя точками в пространстве.Если две точки находятся в электрическом поле и смещение между точками не перпендикулярно полю, то эти две точки будут иметь разные электрические потенциалы. Один из способов думать об электрическом поле состоит в том, что это градиент напряжения. Когда вы двигаетесь параллельно через поле, напряжение или электрический потенциал изменяется.

Уравнение разности потенциалов: Поскольку электрическое поле можно измерить в вольтах на метр, уравнение для расчета разности потенциалов выглядит следующим образом:

$$\Дельта V=Эд $$

, где {экв}\Дельта V {/eq} – разность потенциалов в вольтах, {eq}E {/eq} — электрическое поле в ньютонах на кулон или вольтах на метр, а {eq}d {/eq} – расстояние между двумя точками в метрах.

Итак, давайте попробуем использовать эти шаги для вычисления разности потенциалов между двумя точками в следующих двух примерах!

Пример положительной разницы потенциалов

Два заряда находятся в направленном вниз электрическом поле {eq}10\ \mathrm{В/м} {/экв}. Если заряд A расположен в начале координат, а заряд B расположен в точке {eq}y=-5\ \mathrm{m} {/eq}, определите разность потенциалов от заряда B до заряда A.

Шаг 1: Определите напряженность поля и расстояние между двумя точками.

$$E = 10\ \mathrm{В/м}\\ д = 5\ \mathrm{м} $$

Шаг 2: Используйте формулу {eq}\Delta V=Ed {/eq}, чтобы вычислить разность потенциалов между двумя точками.

$$\begin{выравнивание*} \Дельта V&=(10)(5)\\ \Дельта V&=50\ \mathrm{V} \конец{выравнивание*} $$

Поскольку направление движения (вверх) противоположно направлению электрического поля (вниз), ответ положительный. Разность потенциалов от заряда B до A равна {eq}\Delta V=50 В {/экв}.

Пример отрицательной разницы потенциалов

Два заряда расположены в направленном вниз электрическом поле {eq}20\ \mathrm{В/м} {/экв}. Если заряд A расположен в начале координат, а заряд B расположен в {eq}y=-3\ \mathrm{meters} {/eq}, определите разность потенциалов от заряда A до заряда B.

Шаг 1: Определите напряженность поля и расстояние между двумя точками.

$$E = 20\ \mathrm{В/м}\\ д = 3\ \mathrm{м} $$

Шаг 2: Используйте формулу {eq}\Delta V=Ed {/eq}, чтобы вычислить разность потенциалов между двумя точками.

$$\begin{выравнивание*} \Дельта V&=(20)(3)\\ \Дельта V&=60\ \mathrm{V} \конец{выравнивание*} $$

Поскольку направление движения (вниз) совпадает с направлением электрического поля (вниз), ответ отрицательный. Разность потенциалов от заряда A до B равна {eq}\Delta V=-60\ \mathrm{V} {/экв}.

Получите доступ к тысячам практических вопросов и пояснений!

Поиск потенциальной разницы между двумя точками в цепях на примерах

Поиск потенциальной разницы между двумя точками в цепях

Разность потенциалов между двумя точками цепи — это энергия, теряемая зарядом при переносе из одной точки в другую.Например, разность потенциалов между A и B находится по следующей формуле;

В AB =V B -V A =∑ε-∑i.R

Эта формула показывает потери энергии при движении заряда из точки А в точку В.

Сначала мы должны найти направление тока, чтобы определить значения ∑ε и ∑i.R . Если вы принимаете знак батарей, имеющих одинаковое направление тока, за «+», то вы должны принимать противоположно подключенные батареи за «-».

 

 

Если направление тока и тока, протекающего через резистор, совпадают, то i.R принимается за «+», если они противоположны, то i.R принимается за «-».

В схеме, приведенной ниже, если направление тока показано ниже, то разность потенциалов между точками A-B и C-B составляет;


 

 

 

 

 

 

В АВ В А = -ε 2 -(+i.Р 1 +и.Р 2 )

V CB =V B -V C = -ε 3 -(-i.R 3 )

 

 

Пример: Найдите разность потенциалов между точками A и B в данной цепи ниже.

Ток в цепи направлен в направлении тока батареи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример: Найдите мощность резистора R 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ε экв. 2 1 =34В-10В=24В

Эквивалентное сопротивление цепи;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Электротехнические исследования и растворы

 

 

Электроэнергия и мощность< Предыдущая Далее >Шпаргалка по электрическому току

Калькулятор электрического потенциала

Для расчета электрического потенциала в любой точке А от одного точечного заряда (см. рис. 1) воспользуемся формулой:

где:

  • q — Электростатический заряд;
  • r — Расстояние между А и точечным зарядом; и
  • k = 1/4 * π * ϵ 0 — постоянная Кулона.
Рис. 1: Электрический потенциал точечного заряда.

Заметим, что когда заряд q положительный, электрический потенциал положительный. Когда заряд q отрицательный, электрический потенциал отрицательный.

Теперь рассмотрим случай, когда имеются четыре точечных заряда: q 1 , q 2 , q 3 и q 9 93 4 (см. рис. q 93 4). Потенциал в точке А от заряда q 1 равен:

Рис.2: Электрический потенциал из-за системы точечных зарядов.

Мы можем написать аналогичные выражения для потенциала в точке А, обусловленного другими зарядами:

  • В 2 = k * q 2 / r 2
  • В 3 = k * q 3 / r 3
  • В 4 = k * q 4 / r 4

Чтобы получить результирующий потенциал в точке А, воспользуемся принципом суперпозиции, т.е.е., добавим отдельные потенциалы:

V = V 1 + V 2 + V 3 + V 4 + V 4

V = K * [(Q 1 / R 1 ) + (Q 2 / R 2 ) + (q 3 / r 3 ) + (q 4 / r 4 )]

Для системы n точечных зарядов результирующий потенциал можно записать как:

В = В 1 + В 2 + В 3 + .... + V n
V = k * [(q 1 / r 1 ) + (q 2 / r 2 ) + (q 3 / r 9 3 ) .... + (q n / r n )]
V = k * ∑(q i / r i )

В следующем разделе мы увидим, как рассчитать электрический потенциал на простом примере.

Расчет электрического потенциала - AP Physics C Электричество

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже.Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как так как ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
Сент-Луис, Миссури 63105

Или заполните форму ниже:

 

Электрический потенциал и разность электрических потенциалов (напряжение)

В этой лекции мы узнаем об электрическом потенциале и разности электрических потенциалов, которая также известна как напряжение.

Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменный учебник под видео.

В предыдущей лекции мы говорили об электрической потенциальной энергии, которая зависит от заряда объекта, находящегося в электрическом поле. Теперь мы собираемся узнать об электрическом потенциале, который зависит только от положения объекта.

Электрический потенциал (или просто потенциал) — это просто мера потенциальной электрической энергии на единицу заряда.

Формула электрического потенциала

Это основное уравнение для расчета электрического потенциала, которое показывает, что электрический потенциал V равен потенциальной электрической энергии U, деленной на заряд q, который был бы помещен в точку на некотором расстоянии от основного заряда.

Электрическая потенциальная энергия U равна постоянной Кулона k, умноженной на заряд, создающий большой потенциал Q, умноженному на заряд, который был бы размещен в точке на некотором расстоянии от основного заряда small q, и деленная на это расстояние р.

Чтобы вычислить электрический потенциал, нам нужно просто разделить потенциальную энергию на маленькое q.

Мы можем заметить, что маленькое q встречается в уравнении дважды, так что мы можем сократить его.

Теперь у нас есть это простое уравнение.

Уравнение показывает, что потенциал прямо пропорционален количеству заряда Q – при увеличении заряда потенциал увеличивается, и наоборот, при уменьшении заряда потенциал уменьшается.

С другой стороны, обратно пропорционально расстоянию r , потому что по мере удаления от заряда потенциал будет уменьшаться, а по мере приближения к заряду потенциал будет увеличиваться. .

Наконец, мы получили бы количество потенциальной электрической энергии, которой будет обладать каждая единица заряда в этой точке.

Связанный: Закон Кулона

Единица электрического потенциала

Теперь вернемся к основному уравнению.

Мы знаем, что электрическая потенциальная энергия измеряется в джоулях, а единицей заряда является кулон. Итак, единицей измерения электрического потенциала является Джоуль на Кулон, или одним словом Вольт.

Имеется точечный заряд, равный +2 мкКл, и мы хотим найти электрический потенциал на расстоянии 15 см (0,15 м) от этого заряда.

Теперь мы можем использовать уравнение для расчета электрического потенциала.

Мы получили положительный электрический потенциал +1.2×10 В.

Если бы у нас был отрицательный заряд, скажем -2 мкКл, электрический потенциал в той же точке был бы -1,2×10 5  В. Мы получили бы то же значение, но со знаком минус.

Давайте посмотрим на этот график электрического потенциала. Ось X показывает расстояние от заряда, а ось Y показывает электрический потенциал в определенной точке.

Здесь у нас положительный заряд, а потенциал вокруг положительного заряда всегда положительный. По мере удаления от заряда, по мере увеличения расстояния от заряда, потенциал становится менее положительным и уменьшается все ближе и ближе к нулю.

С другой стороны, у нас есть отрицательный заряд, а потенциал вокруг отрицательного заряда всегда отрицательный. По мере удаления от заряда, по мере увеличения расстояния от заряда, потенциал становится менее отрицательным, а на самом деле увеличивается, также все ближе и ближе к нулю.

Если вы находитесь бесконечно далеко от заряда, потенциал будет равен нулю как для положительных, так и для отрицательных зарядов.

Связано: что такое электрический заряд и как работает электричество

Теперь мы можем перейти к разности электрических потенциалов или напряжению.

По определению, разность электрических потенциалов или напряжение — это разность электрических потенциалов между конечным и начальным положением, когда над зарядом совершается работа по изменению его потенциальной энергии.

Теперь давайте рассмотрим пример, который поможет нам легко понять термин напряжение.

У нас положительный заряд +1,6×10 -19 Кл. Это основной заряд, создающий потенциал.

Первый круг — это первый энергетический уровень, находящийся на расстоянии 2,5×10 -11 м от заряда. Второй круг — это второй энергетический уровень, находящийся на расстоянии 4,2×10 -12 м от заряда.

Чтобы найти разность электрических потенциалов, или напряжение, нам нужно найти потенциал в точке А и потенциал в точке В.

Потенциал в точке А, которая является первым энергетическим уровнем, будет 57,6 В.

Потенциал в точке В, которая находится на большем расстоянии, будет 34,2 В.

Сначала мы собираемся рассчитать напряжение при движении от A к B, а затем от B к A.

В первом случае A — это наш начальный потенциал, а B — наш конечный потенциал. Итак, разность потенциалов будет равна конечной минус начальный потенциал, или 34,2–57.6 = -23,4 В. У нас получился отрицательный потенциал, значит по мере перехода от А к В потенциал уменьшается.

Во втором случае B — это наш начальный потенциал, а A — наш конечный потенциал. Итак, разность потенциалов будет 57,6-34,2=+23,4 В. У нас положительный потенциал, или по мере того, как мы идем от B к A, потенциал увеличивается.

Что это значит?

По мере того, как мы идем от А к В, электрический потенциал уменьшается из-за того, что у нас есть положительный основной заряд, а линии его электрического поля направлены наружу.Если мы поместим положительный пробный заряд на первый энергетический уровень, электрическая потенциальная энергия будет больше. Точечный заряд будет отталкивать пробный заряд, потому что плотность силовых линий электрического поля намного сильнее. В В плотность линий электрического поля слабее, а электрическая потенциальная энергия меньше.

Это все, что касается электрического потенциала и разности электрических потенциалов. Я надеюсь, что это было полезно, и вы узнали что-то новое.

Разность потенциалов — объяснение того, что такое разность электрических потенциалов

Узнайте все о разности электрических потенциалов, формуле для расчета разности 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 приближаются друг к другу, они отталкиваются.

Когда два отрицательных заряда приближаются друг к другу, они также отталкиваются. Но когда положительный и отрицательный заряды сближены, они притягиваются друг к другу. Когда эти два противоположных заряда объединяются, их можно использовать для работы. Вот почему нам нужны положительный ( + ) и отрицательный () сигналы, 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 разности потенциалов ( pd ) равна вольт .

Единица разности потенциалов

Единица измерения Разность потенциалов (Вольт) названа в честь Алессандро Вольта. Вольт является мерой электрического потенциала.Электрический потенциал является типом потенциальной энергии и относится к энергии, которая может быть высвобождена, если позволить протекать электрическому току.

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

Единицей работы в системе СИ является джоулей ( Дж ). Единицей силы в системе СИ является ньютона ( Н ). Единицей расстояния в СИ является метра ( м ).

Вт (джоули) = N (ньютоны) x m (метры)

Напряжение

В области электроники разность потенциалов обычно называют напряжением, и ее символом является В . В некоторых случаях также используется символ U или E для ЭДС ( электродвижущая сила ), но стандартный символ V обозначает любую разность потенциалов.Это относится к напряжению, генерируемому такими источниками, как батарея или солнечный элемент, а также к падению напряжения на пассивном электронном компоненте, таком как резистор.

Разность потенциалов, также называемая разностью потенциалов между двумя заданными точками, представляет собой работу в джоулях, необходимую для перемещения одного кулона заряда из одной точки в другую. Единицей напряжения в СИ является вольт .

Формула Вольта

Типы напряжения

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

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

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

Полярность напряжения

Предположим, есть 2 заряженные точки: точка A заряжена положительно (+), а точка B заряжена отрицательно (-).Теперь, если мы переместим замкнутую цепь A (+) из A в B или наоборот, это потребует работы. Разница между двумя точками заключается в полярности 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. Рассчитать силу тока, протекающего по цепи. Это мера в амперах ( I )
  2. Рассчитайте величину сопротивления в цепи.Сопротивление измеряется в Омах ( R ).
  3. Умножить величину тока в цепи на величину сопротивления в цепи – В = IR (закон Ома)

Что такое разность электрических потенциалов

Статьи по теме:

Видео с вопросом

: выявление потенциальных различий между компонентами серии

Стенограмма видео

Учащийся устанавливает схему, показанную на схеме.Она использует вольтметр для измерения разности потенциалов на 𝑅 единице и обнаруживает, что она составляет четыре вольта. Затем она использует вольтметр для измерения разности потенциалов между 𝑅 двумя и обнаруживает, что она составляет 10 вольт. Какова разность потенциалов на обоих резисторах вместе?

Итак, в этой схеме мы видим, что прежде всего у нас есть ячейка. Итак, это источник ЭМП. И это заставляет ток 𝐼 двигаться таким образом против часовой стрелки по цепи. Далее мы видим, что у нас есть два резистора, 𝑅 один и 𝑅 два, последовательно включенные в эту схему.И у нас есть вольтметры 𝑉 один и 𝑉 два параллельно каждому из этих резисторов. Эти вольтметры используются для отдельного измерения разности потенциалов на каждом из резисторов.

Нам сказали, что студент считает, что разность потенциалов на 𝑅 единице равна четырем вольтам. А через 𝑅 два — 10 вольт. Другими словами, показание на 𝑉 один составляет четыре вольта. И показание на 𝑉 два составляет 10 вольт. Нас попросили найти разность потенциалов на обоих резисторах вместе.

Что ж, чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вспомнить, что компоненты, расположенные последовательно, разделят между собой общую разность потенциалов. Другими словами, если общая разность потенциалов на двух резисторах, скажем, равна 𝑉, то часть этой разности потенциалов будет падать на первый резистор. А остальная часть будет сброшена на второй резистор. Другими словами, мы говорим о том, что общая разность потенциалов на обоих резисторах равна сумме разности потенциалов на первом резисторе и разности потенциалов на втором резисторе.

Если бы последовательно было добавлено больше резисторов, например, если бы здесь было 𝑅 три, то нам пришлось бы добавить разность потенциалов между этими тремя, предполагая, конечно, что 𝑉 — это общая разность потенциалов на всех теперь три резистора.

Однако это не так. И нам не нужно беспокоиться об этом. В этой схеме у нас всего два резистора. Их ставят последовательно. И мы говорим, что общая разность потенциалов между ними вместе равна 𝑉.

0 comments on “Как определить разность потенциалов: Что такое разность потенциалов

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.