Mi a lényege az elektromos potenciálkülönbségnek?

Nem lesz egy jó magyarázat, mivel csak pár percem van és nem tudok átgondolt választ írni, de azért írok ezt-azt, hátha segít. (Ilyenkor szokott lenni, hogy a végén inkább csak összezavar, de egy próbát megér.)

Ha a helyzeti enerigát érted, akkor ahhoz elég hasonló az elektromos potenciál is. Az előbbit a gravitációs erő okozza, az utóbbit az elektrosztatikus ún. Coulomb-erő.

A fő különbség köztük, hogy a gravitációs erő tömeggel rendelkező részecskék között ébred, és csak vonzani tud, a Coulomb-erő pedig töltéssel rendelkező részecskék között, és a töltés előjelétől függően vonzani és taszítani is. De ennek ellenére hasonlítanak.

Amikor felviszel egy labdát egy domb tetejére, akkor megnöveled a (helyzeti) potenciális energiáját. Ez azért van, mert a domb teteje és a völgy között potenciálkülönbség található. Ha elengeded a labdát, legurul a völgybe, a potenciális energiájából mozgási lesz.

A töltésekre is igaz ez: ha egy pozitív töltésű részecskét magasabb elektromos potenciálú helyre viszel és elengedsz, akkor ugyancsak "legurul" a potenciálmező lejtésének megfelelően. Ezt persze nehezebb elképzelni, mint egy domboldal lejtését, de hasonló az elv.

Egy potenciálmező erővonalai mindig azt mutatják, hogy egy adott pontban épp milyen irányba lejt a mező. Azért hívják őket erővonalaknak, mert minden erő egy potenciálmező adott pontban vett lejtése. Ezt magasabb matematika nélkül nehéz lehet megérteni, de egyszer arra is sor kerül majd, ne aggódj.

Nem írtam, hogy mi a helyzet a negatív töltésű részecskékkel: ott minden fordított, ők az erővonalak irányában ellentétes irányba, "dombra fel" másznak. Ez persze már nem feleltethető meg a gravitációs példának, hiszen ott nincs pozitív meg negatív tömeg, tehát ennyiben valóban komplexebb az elektromos potenciál mint a helyzeti.

Egy nyugvó töltés elektrosztatikus teret hoz létre, ezt úgy tudjuk érzékelni, hogy odarakunk egy másik töltést (ún. próbatöltést) és megmérjük a rá ható erőt. Ez a kísérleti úton levezethető Coulomb-törvény.

Ha azt akarjuk érzékeltetni, hogy a "tér" (elektromos mező) akkor is jelen van, ha nem helyezünk oda egy másik töltést bevezetjük az elektromos térerősséget, azaz az egységnyi töltésre ható erőt [N/C]. E=F/Q

A térerősség a töltéshez közelebb menve erősödik, távolodva gyengül, de sosem lesz 0, csak ha "végtelen távol" megyünk. Az E mezőt erővonalakkal szemléltetjük, amelyek iránya def. szerint a pozitív töltésre ható erő irányával egyezik meg. Az e.sztatikus mező vonalai mindig a pozitív töltésen indulnak és a negatívon záródnak. A töltéseket a tér forrásainak nevezik.

A munka definíciójával bizonyára találkoztál: W=Fs.

Ha homogén elektrosztatikus terünk van, azaz a térerősség most nem olyan, mint egy ponttöltés körül, hanem mindenhol egyforma nagyságú, és irányú (pl.: síkkondenzátor lemezei között, lásd később), akkor az elektromos mező által végzett munka:

W=Fs=EQs=UQ.

Azaz ha egy ponttöltést a mező A-ból B-be mozgat, akkor ennyi lesz az ő helyzeti energia-megváltozása. Bevezettük a U=Es mennyiséget, ahol E a (homogén) térerősség, s A és B pontok távolsága. Ez a munka csak A és B távolságától függ, 8.-os szinten még nem "értjük" miért, de elfogadjuk! Tehát ha választunk egy referenciapontot (vonatkoztatási pt.), akkor minden pontba meghatározható, hogy oda mennyi munkával lehetne elvinni egy 1 C-nyi töltést, ezt a referencia pontot általában a végtelenben választjuk. Ezzel minden pontra definiálható egy ún. (skalár)potenciál.

Legyen két pont potenciálja adott, ekkor a mező által az 1 C töltésen végzett munka a végpont potenciáljának és a kezdőpont potenciáljának a különbsége, ha pozitív, akkor a mező végzi a munkát, ha negatív akkor, a mező ellenében végzünk munkát, (hasonlóan a gravitációs mezőnél, amikor felemelünk egy testet).