elektrisk potensial

Figur 1. En potensialforskjell mellom to punkter er definert som endringen i potensiell energi når man flytter en ladning fra det ene til det andre punktet, delt på ladningen. I figuren flyttes en positiv ladning q mot feltet en strekning s.
.
Lisens: Falt i det fri (Public domain)

Elektrisk potensial er en størrelse som brukes innen elektrostatikk for å beskrive et elektrisk felt . Elektrisk potensial i et punkt er definert som det arbeidet som må utføres for å flytte en ladning fra et referansepunkt til punktet, delt på ladningen. Referansepunktet kan velges fritt, og er der hvor potensialet er null. Elektrisk potensial henger tett sammen med elektrisk spenning.

Det elektriske potensialet er definert etter mønster av potensial i et tyngdefelt. I et tyngdefelt er den tilsvarende størrelsen tyngdeakselerasjonen ganger høyden over et valgt nullnivå der potensialet settes lik null.

Beskrivelse

Teorien for elektrisk potensial ble grunnlagt og utviklet av George Green (1793–1841) og Carl Friedrich Gauss (1777–1855).

Et elektrisk felt er definert som forholdet mellom kraften som virker på en positiv elektrisk ladning i feltet, og størrelsen av ladningen. Det er altså lik kraften per ladningsenhet. Hvis en ladning q forskyves en liten strekning s mot den elektriske kraften som virker på den, må det utføres et arbeid W = q · E · s. Her er E er det elektriske feltet. Forholdet mellom arbeidet og ladningen defineres som potensialforskjellen U mellom endepunktene av veistrekningen. I et homogent felt, slik som i figur 1, blir U = W/q = E · s.

Hvis forskyvningen danner en skjev vinkel med kraften, blir arbeidet bestemt av kraftens komponent i bevegelsesretningen. Ved en forskyvning normalt på kraftretningen blir arbeidet, og dermed potensialforskjellen, lik null, og potensialet blir derfor konstant.

Ekvipotensialflater

Figur 2. Elektrisk potensial fra en positiv punktladning. Ekvipotensialflatene er vist som sirkler med sentrum i ladningen, mens det elektriske feltet peker ut fra ladningen.
.
Lisens: CC BY SA 4.0
Figur 2. Elektrisk potensial fra en negativ punktladning. Ekvipotensialflatene er vist som sirkler med sentrum i ladningen, mens det elektriske feltet peker inn mot ladningen.
.
Lisens: CC BY SA 4.0

Hvis en flate overalt står vinkelrett på retningen av den elektriske kraften, vil alle punktene i flaten ha samme potensial. En slik flate kalles en ekvipotensialflate eller en nivåflate. I et uniformt elektrisk felt, slik vi tilnærmet har mellom to kondensatorplater (se figuren øverst), er ekvipotensialflatene rette linjer vinkelrett på feltlinjene.

For en positiv eller negativ punktladning blir ekvipotensialflatene kuleflater med sentrum i ladningen, se figur 2 og 3. Tilsvarende er ekvipotensialflatene i tyngdefeltet fra Jorda flater med konstant høyde. På et kart svarer dette til høydekurver.

Potensialet er konstant på en (ideell) leder, siden det elektriske feltet er null inne i lederen.

Anvendelser

Elektrisk potensial har både stor teoretisk og praktisk betydning. I elektrostatikken kan det elektriske feltet representeres som minus gradienten til et potensial. De tre vektorkomponentene til feltet kan altså alle representeres med en enkelt skalar funksjon. Hvis man ønsker å finne det elektriske feltet for en situasjon, lønner det seg derfor vanligvis å finne potensialet først. Et eksempel er beregning av elektriske linser til elektronmikroskop.

I elektrostatikken er en potensialforskjell det samme som elektrisk spenning. Spenninger er vanligvis enkle å måle (for eksempel med et voltmeter), og er en av de viktige størrelsene i elektriske kretser.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg

Fagansvarlig for Elektromagnetisme

Johannes Skaar
Professor, Universitetet i Oslo