전위의 개념은 정전기 및 전기 역학 이론의 중요한 기초 중 하나입니다. 그 본질을 이해하는 것은 이러한 물리학 섹션에 대한 추가 연구를 위한 전제 조건입니다.
전위는 얼마인가
고정 전하 Q에 의해 생성된 필드에 단위 전하 q를 놓으십시오. 쿨롱 힘 F=k*Qq/r.
이하 k=((1/4)*π* ε* ε), 여기서 ε0 — 는 전기 상수(8.85*10-12 F/m) 및 ε 매체의 유전 상수.
에 의해 소개 요금 이 힘의 작용으로 움직일 수 있고 힘이 어떤 일을 할 것입니다. 이것은 두 전하의 시스템이 두 전하의 크기와 전하 사이의 거리에 따라 달라지는 위치 에너지를 가지며 이 위치 에너지의 값은 전하 q의 크기에 의존하지 않는다는 것을 의미합니다. 이것은 전위의 정의가 도입되는 곳입니다. 이것은 전하의 크기에 대한 필드의 위치 에너지의 비율과 같습니다.
φ=W/q,
여기서 W는 전하 시스템에 의해 생성된 필드의 위치 에너지이고, 퍼텐셜은 필드의 에너지 특성입니다. 전기장에서 전하 q를 일정 거리 이동하려면 쿨롱 힘을 극복하기 위해 약간의 작업을 해야 합니다.한 점의 포텐셜은 그 점에서 무한대로 단위 전하를 이동하는 데 걸리는 작업과 같습니다. 다음 사항에 유의해야 합니다.
- 이 일은 전하의 잠재적 에너지 손실과 동일할 것입니다(A=W2-W1);
- 작업은 요금의 궤적에 의존하지 않습니다.
SI 시스템에서 전위의 단위는 1볼트입니다(러시아어 문학에서는 V, 외국 문학에서는 V로 표시). 1V=1J/1Kl, 즉, 1Kl의 전하를 무한대로 옮기는 데 1줄의 작업이 필요하다면 1볼트의 전위에 대해 이야기할 수 있습니다. 이름은 전기 공학 발전에 크게 기여한 이탈리아 물리학자 알레산드로 볼타를 기리기 위해 선택되었습니다.
전위가 무엇인지 시각화하기 위해 두 물체의 온도 또는 공간의 다른 지점에서 측정된 온도와 비교할 수 있습니다. 온도는 물체의 가열 정도를 측정하고, 전위는 전하를 측정합니다. 한 물체는 다른 물체보다 더 뜨겁다고 말하며, 한 물체는 더 많이 충전되고 다른 물체는 덜 충전된다고 말할 수도 있습니다. 이 몸은 다른 잠재력을 가지고 있습니다.
전위의 값은 좌표계의 선택에 따라 달라지므로 어느 정도 수준은 0으로 간주해야 합니다. 예를 들어 온도를 측정할 때 녹는 얼음의 온도를 기준 경계로 삼을 수 있습니다. 전위의 경우 무한히 먼 지점의 전위는 일반적으로 0으로 간주되지만 일부 문제의 경우 예를 들어 접지 전위 또는 커패시터 덮개 중 하나의 전위가 0으로 간주될 수 있습니다.
잠재력의 속성
잠재력의 중요한 속성은 다음과 같습니다.
- 필드가 여러 전하에 의해 생성되는 경우 특정 지점의 전위는 각 전하 φ=φ에 의해 생성된 전위의 대수적(전하 부호 고려) 합계와 같습니다.1+φ2+φ3+φ4+φ5+...+φN;
- 전하로부터의 거리가 전하 자체가 점과 같은 것으로 간주될 수 있는 거리인 경우 총 전위는 공식 φ=k*(q1/아르 자형1+q2/아르 자형2+q3/아르 자형3+...+qN/아르 자형N), 여기서 r은 해당 전하에서 해당 지점까지의 거리입니다.
필드가 전기 쌍극자(반대 부호의 연결된 두 전하)에 의해 형성되는 경우 쌍극자로부터 거리 r에 위치한 임의의 지점에서의 전위는 φ=k*p*cosά/r과 같습니다.2, 어디:
- p는 쌍극자의 전기 암으로 q*l과 같습니다. 여기서 l은 전하 사이의 거리입니다.
- r은 쌍극자까지의 거리입니다.
- ά는 쌍극자 암과 반경 벡터 r 사이의 각도입니다.
점이 쌍극자 축에 있는 경우 cosά=1 및 φ=k*p/r2.
잠재적 차이
두 점에 일정한 전위가 있고 같지 않으면 두 점 사이에 전위차가 있다고 합니다. 점 사이에 전위차가 발생합니다.
- 잠재력은 다른 기호의 요금에 의해 결정됩니다.
- 임의의 부호 전하로부터 전위가 있는 점과 전위가 0인 점;
- 등호의 전위가 있지만 모듈로가 다른 점.
즉, 전위차는 좌표계의 선택에 의존하지 않습니다. 영점(예: 해수면)을 기준으로 서로 다른 높이에 위치한 물웅덩이에 비유할 수 있습니다.
각 풀의 물에는 특정 위치 에너지가 있지만 두 개의 풀을 튜브로 연결하면 각 풀에 물의 흐름이 있으며 그 흐름은 튜브의 크기뿐만 아니라 결정됩니다. 그러나 또한 지구의 중력장의 잠재적 에너지의 차이(즉, 높이의 차이)에 의해. 이 경우 잠재적 에너지의 절대값은 중요하지 않습니다.
마찬가지로 도체를 전위가 다른 두 점에 연결하면 전류도체의 저항뿐만 아니라 전위차(절대값이 아님)에 의해 결정됩니다. 물에 대한 비유를 계속하면 상부 유역의 물이 곧 고갈되고 물을 다시 위로 이동시키는 힘(예: 펌프)이 없으면 흐름이 매우 빠르게 멈출 것이라고 말할 수 있습니다.
전기 회로에서도 마찬가지입니다. 전위차를 특정 수준으로 유지하려면 전하(또는 전하 캐리어)를 전위가 가장 높은 지점으로 이동시키는 힘이 필요합니다. 이 힘을 기전력이라고 하며 줄여서 EMF라고 합니다. EMF는 전기 화학적, 전자기 등 다양한 특성을 가질 수 있습니다.
실제로 중요한 것은 주로 전하 캐리어 궤적의 시작점과 끝점 사이의 전위차입니다. 이 경우 이 차이를 전압이라고 하며 SI에서는 볼트로도 측정됩니다. 1V의 전압은 필드가 한 지점에서 다른 지점으로 1쿨롱의 전하를 이동하는 데 1줄의 작업을 수행하는 경우, 즉 1V=1J/1KL이고 J/KL은 다음의 단위일 수도 있습니다. 잠재적인 차이.
등전위 표면
여러 점의 전위가 같고 이 점이 표면을 형성하는 경우 이러한 표면을 등전위라고 합니다. 예를 들어, 전하 주위에 외접하는 구체는 거리에 따라 모든 방향에서 전기장이 동일하게 감소하기 때문에 이러한 특성을 갖습니다.
이 표면의 모든 점은 동일한 위치 에너지를 가지므로 이러한 구에서 전하를 이동할 때 작업이 소모되지 않습니다. 여러 전하가 있는 시스템의 등전위 표면은 더 복잡한 모양을 갖지만 한 가지 흥미로운 특성이 있습니다. 바로 교차하지 않는다는 것입니다. 전기장의 힘선은 각 점에서 동일한 전위를 갖는 표면에 항상 수직입니다. 등전위면이 평면으로 해부되면 등전위선이 나타납니다.등전위면과 동일한 특성을 가지고 있습니다. 실제로, 예를 들어 정전기 장에 놓인 도체 표면의 점은 동일한 전위를 갖습니다.
전위와 전위차의 개념을 이해하면 전기 현상에 대한 추가 연구를 시작할 수 있습니다. 그러나 이전에는 그렇지 않았습니다. 왜냐하면 기본 원리와 개념을 이해하지 않고 지식을 심화하는 것은 불가능하기 때문입니다.
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