2016-12-30 15:33:22

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电子物理学
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电势是描述静电场特性的基本物理量之一,标量。库仑定律指出,两静止点电荷之间的相互作用力是向心力,其方向沿两者的连线,其大小只依赖于两者的距离。根据库仑定律和场强叠加原理可以证明,静电力对试验电荷所作的功与路径无关 ,仅由起点、终点的位置确定。若试验电荷在静电场中沿闭合路径移动一周,则静电力对它所作的功为零,这就是静电场的环路定理。它表明静电场是保守场或势场,存在着一个可以用来描述静电场特性的、只与位置有关的标量函数——电势。

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基本信息

  • 中文名

    电势

  • 外文名

    electric potential

  • 别称

    电位

  • 表达式

    φA=Ep/q

  • 应用学科

    物理学

  • 适用领域范围

    电子,物理

折叠 编辑本段 基本定义

电势电势可以定义为:(1)单位正电荷由电场中某点A移到参考点O(即零势能点,一般取无限远处或者大地为零势能点)时电场力做的功与其所带电量的比值。

所以φA=Ep/q。在国际单位制中的单位是伏特(V)。

(2)电场中某点相对参考点O电势的差,叫该点的电势。

“电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷在那一点所具有的电势能。”

公式:ε=qφ(其中ε为电势能,q为电荷量,φ为电势),即φ=ε/q

在电场中,某点的电荷所具的电势能跟它的所带的电荷量之比是一个常数,它是一个与电荷本身无关的物理量,它与电荷存在与否无关,是由电场本身的性质决定的物理量。

电势也是只有大小,没有方向,也是标量。

和地势一样,电势也具有相对意义,在具体应用中,常取标准位置的电势能为零,所以标准位置的电势也为零。电势只不过是和标准位置相比较得出的结果。我们常取地球为标准位置;在理论研究时,我们常取无限远处为标准位置,在习惯上,我们也常用“电场外”这样的说法来代替“零电势位置”。

电势是一个相对量,其参考点是可以任意选取的。无论被选取的物体是不是带电,都可以被选取为标准位置 -------零参考点。例如地球本身是带负电的,其电势相对于无穷远处约为8.2×10^8 V。尽管如此,照样可以把地球作为零电势参考点,同时由于地球本身就是一个大导体,电容量很大,所以在这样的大导体上增减一些电荷,对它的电势改变影响不大。其电势比较稳定,所以,在一般的情况下,还都是选地球为零电势参考点。

折叠 编辑本段 物理意义

(1)由电场中某点位置决定,反映电场能的性质。 

(2)与检验电荷电量、电性无关。 

(3)表示将1C正电荷从参考点移到零势点电场力做的功。

折叠 编辑本段 主要特点

不管是正电荷的电场线还是负电荷的电场线,只要顺着电场线的方向总是电势减小的方向,逆着电场线总是电势增大的方向。所以同一电场线上,任意两点电势不相等。

正电荷电场中各点电势为正(以无穷远处为零电势点时),远离正电荷,电势降低。电势以距离的一次方递减。

负电荷电场中各点电势为负(以无穷远处为零电势点时),远离负电荷,电势增高。电势以距离的一次方递增。

沿着等势面移动电荷静电力一定不做功。电场中点电荷在静电力作用下的运动轨迹不可能在等势面上。电场中某点的电势值是确定的。

折叠 编辑本段 其他信息

折叠 电势差与电势

电势差是指电场中两点之间电势的差值,也叫电压,用字母U表示。在国际单位制中,电势差的单位是伏特,简称为伏,符号是V。1库电荷从电场中的一点移动到另一点,如果电场力做了1焦耳的功,这两点间的电势差就是1伏。

下面我们来推导电势差与电势的关系:

∵Wab=Wao-Wbo=qUab

∴Uab=Wao/q-Wbo/q=φa-φb

∴Uab=φa-φb

电场力做功:

①公式:W=qU

②∵ U由电场中两点位置决定,

∴W由q,U决定与路径无关,和重力做功一样,属于保守力做功。

③特点:电场力做功由移动电荷和电势差决定,与路径无关。

电势电势电荷周围产生的静电场的电势差与电势的公式与推导:

一场源点荷为Q,在距Q为r的A点有一点电荷为q,求证:此A处电势φ=kQ/r

证明:设无穷远处电势为0,则在电场力的作用下,q从r处运动到无穷远,电场力做功为qU.

将A到无穷远这段距离无限等分最远处距离为r0,A 处为rn,(0,1,2,……n为下标)

故每一等分段内电场力所做功之总和即为qU

由W=qU,U=Ed,E=kQ/r²,d=r(n-1)-rn

得:

W=kQq*(r(n-1)-rn)/rn²

所以有:

kQq*(r(n-1)-rn)/rn^2+kQq*(r(n-2)-r(n-1))/r(n-1)^2+……+kQq*(r2-r3)/r3^2+kQq*(r1-r2)/r2^2+kQq*(r0-r1)/r1^2=qU

kQq*(r(n-1)-rn)/(rn*r(n-1))+kQq*(r(n-2)-r(n-1))/(r(n-1)*r(n-2))+……+kQq*(r2-r3)/(r3*r2)+kQq(r1-r2)/(r2*r1)+kQq*(r0-r1)/(r1*r0)=qU

因此,kQ/rn-kQ/r(n-1)+kQ/r(n-1)-kQ/r(n-2)+……+kQ/r3-kQ/r2+kQ/r2-kQ/r1+kQ/r1-kQ/r0=U

kQ/rn-kQ/r0=U

kQ/rn-0=φ-0

φ=kQ/rn,即φ=kQ/r

折叠 电源的电动势

电源的电动势,是指非静电力把单位正电荷从电源的负极移动到正极(或者把单位负电荷从电源的正极推向负极)所做的功。电源的电动势与电流和电压是有关系的,具体可看下面对电流与电压的说明,若要知道它们之间的数量关系还需知道具体的电路参数(如电路中的电阻等)。

因为有了电动势,电荷在电源内部的能量提高了,处于电源正极的正电荷(或负极的负电荷)具有对电源以外的电路做功的能量。如果用一条可导电的支路将电源的两个电极进行连接,电荷在电源的作用下就能在导电支路中流动,电荷的定向流动称为电流。

电荷流动时,电荷所具有的能量在电路中释放,电路及电路中所连接的元件将吸收电荷的能量。经过能量吸收,电荷释放能量,电荷本身所含的能量变小,人们用电压降落来衡量电荷在电路中释放能量的能力大小。当电流流过电路时,将在电路的每一小段中产生一定的电势降落,用来表示电荷流过该小段释放(或该小段电路吸收)的电能的大小。电势降落简称电压。当电势差逐渐降低至0时,电能变为0,即电源所具有的电能已被消耗完毕。

折叠 电势的固有性

电势φ是表示电场的能的性质的物理量,电场中某点处电势φ的大小是由电场本身的因素决定的,与在该处是否放置电荷、电荷的性质、电荷量的多少均无关,它只是用比值Ep/q下的定义,但与Ep和q均无关。    

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