Τι είναι το ηλεκτρικό δυναμικό

Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό ενός ηλεκτρικού πεδίου που βασίζεται στη μέτρηση του έργου των ηλεκτρικών δυνάμεων που κάνει το πεδίο όταν τα φορτία κινούνται μέσα από αυτό. Ειδικές συσκευές χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ηλεκτρικού δυναμικού — ηλεκτροσκόπια και ηλεκτρόμετρα.

Το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από φορτία έχει την ακόλουθη σημαντική ιδιότητα: το έργο που γίνεται από τις δυνάμεις του πεδίου όταν τα φορτία κινούνται σε αυτό εξαρτάται μόνο από τη θέση των αρχικών και τελικών σημείων κίνησης, αλλά δεν εξαρτάται από τη διαδρομή κατά την οποία συμβαίνει η κίνηση (ένα πεδίο με μια τέτοια ιδιότητα ονομάζεται δυναμικό).

Επομένως, το ηλεκτρικό πεδίο σε οποιοδήποτε σημείο μπορεί να χαρακτηριστεί από το έργο που κάνουν οι δυνάμεις πεδίου όταν ένα συγκεκριμένο φορτίο μετακινείται από ένα δεδομένο σημείο στο άπειρο (πρακτικά σε ένα τόσο μακρινό σημείο που το πεδίο σε αυτό μπορεί ήδη να θεωρηθεί ίσο με μηδέν) .

Ένα τέτοιο χαρακτηριστικό είναι το ηλεκτρικό δυναμικό σε ένα δεδομένο σημείο του πεδίου, το οποίο εκφράζεται από το έργο που κάνουν οι δυνάμεις του πεδίου όταν ένα θετικό φορτίο αφαιρείται από αυτό το σημείο στο άπειρο.

Εάν αυτή η κίνηση συμβαίνει προς την κατεύθυνση της δύναμης που ενεργεί στην πλευρά του πεδίου, τότε αυτή η δύναμη κάνει θετική εργασία και το δυναμικό του σημείου εκκίνησης είναι θετικό. Εάν η κίνηση είναι προς τη δύναμη που ενεργεί στην πλευρά του πεδίου, τότε η δύναμη πεδίου κάνει αρνητική εργασία και το δυναμικό του σημείου εκκίνησης είναι αρνητικό.

Δεδομένου ότι η εργασία που γίνεται όταν ένα φορτίο κινείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο δεν εξαρτάται από τη διαδρομή, αλλά μόνο από τη θέση των σημείων έναρξης και λήξης, η εργασία που γίνεται κατά την κίνηση κατά μήκος κάθε διαδρομής από το σημείο Α στο σημείο Β είναι ίση με το άθροισμα της εργασίας που γίνεται δουλεύουν όταν πηγαίνουμε από το Α στο άπειρο και από το άπειρο στο Β (καθώς οι δύο τελευταίες κινήσεις αντιπροσωπεύουν επίσης κίνηση από το Α στο Β, αλλά από διαφορετική διαδρομή).

Με άλλα λόγια, το έργο που γίνεται από τις δυνάμεις πεδίου όταν ένα μοναδιαίο θετικό φορτίο μετακινείται από το σημείο Α στο σημείο Β είναι ίσο με τη διαφορά των ηλεκτρικών δυναμικών στα σημεία Α και Β.

Ένα ελεύθερο θετικό φορτίο υπό τη δράση της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου θα κινείται πάντα προς την κατεύθυνση της δύναμης, η οποία θα κάνει θετικό έργο, δηλαδή θα μετακινείται πάντα από σημεία υψηλότερου δυναμικού σε σημεία χαμηλότερου δυναμικού. Αντίθετα, τα αρνητικά φορτία θα μετακινηθούν από ένα σημείο χαμηλότερου δυναμικού σε σημεία υψηλότερου δυναμικού.

Ακριβώς όπως τα βαριά σώματα σε ένα βαρυτικό πεδίο μετακινούνται από υψηλότερο σε χαμηλότερο δυναμικό, τα θετικά ηλεκτρικά φορτία μετακινούνται από υψηλότερο σε χαμηλότερο δυναμικό.

Ακριβώς όπως για την κίνηση των βαρέων σωμάτων, σημασία δεν έχει το απόλυτο επίπεδο σε κανένα σημείο, αλλά η διαφορά στα επίπεδα των σημείων μεταξύ των οποίων κινούνται τα σώματα, για την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων, δεν είναι το μέγεθος του δυναμικού η ίδια (μετρούμενη σε σχέση με το άπειρο) , η οποία είναι ουσιαστική, αλλά η διαφορά δυναμικού των σημείων μεταξύ των οποίων μπορεί να συμβεί η κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων, για παράδειγμα, σημεία που συνδέονται με ένα καλώδιο.

Επομένως, σε όλα τα ηλεκτρικά προβλήματα δεν παίζει ρόλο το δυναμικό, αλλά η διαφορά δυναμικού, και για αυτήν την τελευταία ποσότητα εισάγεται μια ειδική ονομασία — Τάση (δυνητική διαφορά μεταξύ δύο σημείων). Η μονάδα μέτρησης της διαφοράς δυναμικού (τάσης) στο πρακτικό σύστημα μονάδων είναι το βολτ.

Υπάρχουν επίσης έννοιες στην ηλεκτρική μηχανική δυναμικό ηλεκτροδίου και διαφορά δυναμικού επαφής.