Elektrisk potential är den elektriska potentiella energin (EPE) per laddningsenhet. (Enheten för energi är joule och enheten för laddning är coulomb.) Den elektriska potentialen anger hur mycket elektrisk potentiell energi ett laddat föremål har per coulomb laddning, det vill säga hur många joule energi som finns per coulomb. Enheten för elektrisk potential, joule per coulomb, kallas volt till minne av Alessandro Volta. En volt är lika med en joule per coulomb.

Enhet och tolkning

Elektrisk potential (vanligen betecknad V) visar energiinnehållet per enhetsladdning. När en positiv testladdning flyttas från en punkt A till en punkt B i ett elektriskt fält görs arbete som ändrar dess potentiella energi. Potentialskillnaden mellan två punkter är det arbete per coulomb som krävs för att flytta en positiv enhetladdning mellan punkterna.

Viktiga formler

  • Definition: V = U / q, där U är den elektriska potentiella energin och q är laddningen.
  • Potentialskillnad (arbete per laddning): ΔV = V(B) − V(A) = W / q, där W är det arbete som utförs av yttre krafter när en laddning flyttas från A till B.
  • Relation till elektriskt fält: ΔV = − ∫A→B E · dl. Detta visar att potentialskillnaden är minus linjeintegralen av det elektriska fältet längs en väg mellan punkterna.
  • Fält från potential: E = −∇V (i vektoriell form), vilket innebär att det elektriska fältet pekar i riktningen där potentialen minskar snabbast.
  • Potential för en punktladdning: V(r) = (1 / (4πε0)) · Q / r = k Q / r, där Q är punktladdningen, r avståndet från laddningen och k = 1/(4πε0).

Begreppet referens

Potential är ett relativt mått; endast skillnader i potential är fysiskt mätbara. Man måste välja en referenspunkt där potentialen sätts till noll (t.ex. jorden/”ground” eller oändligheten vid punktladdningar). Valet påverkar inte skillnader i potential eller fältet men bestämmer absoluta värden på V.

Equipotentialer och fältlinjer

Ytor (eller linjer i två dimensioner) där potentialen är konstant kallas equipotentialytor. Inget arbete krävs för att förflytta en laddning längs en sådan yta. Equipotentialer står alltid vinkelrätt mot elektriska fältlinjer.

Tillämpningar

  • I elektriska kretsar beskriver spänning (potentialskillnad) drivkraften som pressar elektroner genom en komponent; en vanlig mätare för detta är voltmetern.
  • Batterier och nätaggregat ger en bestämd potentialskillnad mellan sina terminaler (ofta kallad EMK eller spänning).
  • Kalkyler av energiförluster, kapacitans, och fältfördelningar bygger ofta på potentialbegreppet.

Sammanfattning

Elektrisk potential är ett praktiskt sätt att beskriva hur mycket potentiell energi per enhetsladdning som finns i ett elektriskt system. Den mäts i volt (J/C) och är nära kopplad till det elektriska fältet via E = −∇V och till arbete genom ΔV = W/q. Förståelse av potential och potentialskillnader är central inom elektroteknik, fysik och många tekniska tillämpningar.