Hogyan lehet megérteni, értelmezni a feszültség fogalmát?

A feszültség más néven potenciálkülönbség. Először ez utóbbit kell megérteni.

A potenciál hasonló fogalom, mint a helyzeti energia a mechanikában: a mező munkavégző-képességét jellemzi. Mindig van egy nullpontja, amihez képest számítjuk (ennek megválasztása lényegében tetszőleges), de a végzett munkát mindig egy töltés egyik pontból egy másikba való eljuttatásával kapcsolatban kérdezzük, amihez a két pont közti potenciálkülönbség a lényeges. Ez utóbbi a feszültség.

A feszültséget a térerősség két pont közti vonalintegrálja is megadja, tehát egy olyan mennyiségről van szó, amely a tér intenzitását jellemzi olyan értelemben, hogy mennyire erősen akarja/tudja eljuttatni a töltéseket a kiindulási pontból a másikba. A nagy feszültség azt jelenti, hogy a töltés nagy mozgási energiára tesz szert, amíg a tér mozgatja, illetve sok munkát kell befektetni, ha a tér ellenében mozgatjuk a töltést. A nagy feszülség azt is eredményezheti, hogy a töltéseket nagy ellenállással szemben is képes átmozgatni - ezért sem érdemes működő trafóházban nyúlkálni, vagy magasfeszültségű távvezeték közelébe menni, mert még a levegőn keresztül is képes szikrát húzva agyonvágni téged az áram.

"akkor minden pontban más a feszültség?"

a pontnak nincs önmagában feszültsége. két pont között van feszültség különbség.

"Tudom hogy U=W/q..."

Ne hagyd, hogy ez megzavarjon. Ebben a képletben q nem az a töltés, ami létrehozza a potenciálkülönbséget vagyis a feszültséget pl. egy Q és -Q töltésű gömb között.

Az idézett képletben a q egy kis töltés, amit két pont között mozgatunk. És ha ehhez W munkavégzés kell, akkor W és q értékéből kiszámolható a két pont közötti feszültség.

A feszültségforrás bármi, ami fizikai vagy kémiai folyamat révén két pont között feszültséget hoz létre, pl. elem vagy generátor. Ez a feszültség szabad töltéssel rendelkező anyagokban áramot tud létrehozni.

A potenciál létező dolog, az elektrodinamikában van külön skalár potenciál az elektromos térre, és egy vektor potenciál a mágneses térre vonatkozóan. Az elektromos térre vonatkozóan a skalár potenciál a tér munkavégző képességét jellemzi, a vektorpotenciál pedig olyasmi, aminek az ún. örvényerőssége (rotációja) maga a mágneses tér. Ez kicsit bonyolultabb, és nehéz elmagyarázni vektoranalízis tudás nélkül.

A potenciálok azért kényelmes dolgok a fizikában, mert az elektromágnesességnek van egy mértékszimmetriának nevezett tulajdonsága, amely lehetővé teszi, hogy ugyanazon térerősségeket különböző, egymástól egy ún. mértékválasztásban különböző potenciálokból származtathassuk, amivel egy adott problémakörhöz jobban illeszkedve választunk ún. mértéket úgy, hogy magának a problémának a fizikai megoldása, azaz maguk a térerősségek nem változnak. Ez megkönnyíti a számítást, már csak amiatt is, mert a potenciálok négy komponenst jelentenek összesen a két térerősség összesen hat komponense helyett. Tehát adott fizikai probléma esetén kevesebb változóra kell az egyenleteket (pl. hullámegyenletet) megoldani.

"A potenciál tulajdonképpen a töltés, az elektromos mező iránya?"

A (skalár) potenciál gradiense az, ami kijelöli a térerősség irányát, pontosabban a negatív gradiense. A potenciálnak önmagában nincs iránya, mert az csak egy szám a tér minden pontjában. De azt ki lehet számítani, hogy ez a számeloszlás hogyan változik a tér egyes pontjaiban, és amerre a legmeredekebben csökken (negatív gradiens), abba az irányba mutat az adott pontban a térerősség.

Ez nem annyira bizarr definíció, ha szem előtt tartjuk, hogy a potenciál nullpontja tetszőleges. Fizikai folyamatokban csak a különbség számít, ezért elegendő csak azt mérni.

A potenciált egy adott pontban úgy lehet definiálni, hogy egy q próbatöltést (aminek a töltése elhanyagolhatóan kicsi ahhoz, hogy maga körül megváltoztassa a vizsgálandó elektromos tér szerkezetét, azaz nem hat vissza a tér forrására), a végtelenből az adott pontba hozunk, és megnézzük, hogy ehhez mekkora W munkavégzésre volt szükség. Az adott W munkát elosztjuk a q töltéssel, és a végtelenben praktikusan nulla potenciálhoz képest is megkapjuk az adott pont potenciálját (azaz nullához képesti feszültségét).

A gradiens a különböző iránymenti deriváltak közül a legnagyobb. Tehát egy hegyoldalban állva a hegy meredeksége abban az irányban, amerre a legmeredekeben emelkedik. A negatív gradiens pedig az ellenkező irány, vagyis amerre a legmeredekebben lejt.

Az elektromos térerősség egy fizikai jelenség (tulajdonság), ami abból adódik, hogy a protonnak pozitív töltése van, az elektronnak meg negatív, és az ellentétes töltések vonzzák egymást. Ezt egy erőtörvény szabályozza. Ha egy adott fizikai térben ez a két töltés nem egyenletesen oszlik el, akkor a negatív elektront vonzza a pozitív proton. He ezek történetesen egy rézhuzal két végén vannak így, akkor a huzalon az elektron el tud jutni a protonhoz, ezt a jelenséget nevezzük áramnak, az áramlás sebességét áramerősségnek, a két pont közötti potenciálkülönbséget feszültségnek, és a szabályt, ami szerint a jelenség lejátszódik, Ohm törvénynek. És mivel itt a jelenség a töltések közötti különbségtől függ, ezért lehet összefüggést mondani a töltések és a felszültség között például.

Ha ezt összeveted a földi gravitációval, minden fogalomnak megtalálod a párját, és az áramerősség itt nem egyéb, mint a zuhanásod mértéke, ami viszont függ attól, milyen magasról esel, ez pedig a potenciálkülönbség, ahol az egyik potenciál (lehetőség) a talaj, a másik pedig a pont magassága, ahová másztál. Az esést pedig a gravitációs erő váltja ki.

#8

A feszültség az, ami a potenciálból közvetlenül származtatható, mivel a feszültség két pont közti potenciálkülönbség.

A térerősség viszont a potenciál térbeli változási gyorsasága, minek nemcsak nagysága, hanem iránya is van (a leggyorsabb változás, azaz a gradiens) iránya. A térerősség tehát vektor. A potenciál viszont skalár, azaz egy szám.

Az elektromosságtanban a potenciált mondanám alapvetőbb fogalomnak, mivel ebből származtatható a tér matematikai értelemben is. Annak ellenére, hogy a Maxwell-egyenletekben a terek szerepelnek. Viszont elméleti fizikában, amikor egy rendszer ún. Lagrange-függvényét definiáljuk, akkor potenciálokban gondolkodunk, és ezek szerepelnek a Lagrange.függvényben is. Bár relativisztikusan ott van a térerősségtenzor, valójában azt is a négyespotenciálból származtatjuk.

Ebből most sokat nyilván nem értettél, a lényeg az, hogy a potenciálok az alapvetőbb mennyiségek, nem a térerősségek, mivel a potenciálokra megfogalmazva igaz a mértékszimmetria, ami az elektromágneses terek egyik alapvető tulajdonsága.