§ 22. Разность потенциалов электростатического поля. Напряжение. Связь между напряжением и напряжённостью однородного электростатического поля

Связь между напряжением и напряжённостью однородного электростатического поля. Термин «напряжение» ввёл в 1792 г. Вольта. Отметим, что для электростатических полей понятия «электрическое напряжение» и «разность потенциалов» тождественны.

Работа, совершаемая силой однородного электростатического поля напряжённостью E with rightwards arrow on top при перемещении пробного положительного заряда q0 из точки 1 с потенциалом φ1 в точку 2 с потенциалом φ2 < φ1, может быть определена в соответствии с выражением (22.1)

A12 = q0(φ1 – φ2),

а в соответствии с выражением (21.1)

A12 = q0Ed,

где d — модуль перемещения заряда вдоль линии напряжённости однородного электростатического поля.

Приравнивая соответствующие части равенств, найдём выражение, устанавливающее связь между модулем напряжённости однородного электростатического поля и разностью потенциалов, т. е. между двумя характеристиками электростатического поля: q0(φ1 – φ2) = q0Ed, откуда

E equals fraction numerator straight phi subscript 1 minus straight phi subscript 2 over denominator d end fraction equals negative fraction numerator increment straight phi subscript 12 over denominator d end fraction.

(22.2)

Из выражения (22.2) следует: чем больше разность потенциалов между двумя точками однородного электростатического поля, тем больше модуль напряжённости поля. Если разность потенциалов равна нулю (потенциал поля не меняется), то модуль напряжённости поля также равен нулю.

Принимая во внимание, что U12 = –Δφ12, получим:

E equals U subscript 12 over d.

(22.3)

На основании формулы (22.3) вводят единицу напряжённости СИ вольт на метр open parentheses straight В over straight м close parentheses. 1 straight В over straight м — модуль напряжённости такого однородного электростатического поля, в котором напряжение между двумя точками, находящимися на одной и той же линии напряжённости на расстоянии 1 м, составляет 1 В.

Используя термин «напряжение», на практике точки 1 и 2 поля выбирают так, чтобы U12 > 0.

img

img

1. Что называют разностью потенциалов?

2. Как разность потенциалов между двумя точками поля зависит от работы силы электростатического поля?

3. В каких единицах измеряют разность потенциалов?

4. Как связано напряжение с напряжённостью однородного электростатического поля?

5. Заполните таблицу в тетради и сделайте вывод.

№ п/п Вопрос Сравниваемые объекты
Напряжённость Потенциал
1 Является векторной или скалярной физической величиной?
2 Что характеризует данная физическая величина?
3 Как определяют данную физическую величину?
4 Как определяют данную физическую величину для электростатического поля точечного заряда?
5 Чему равна работа по перемещению заряда в однородном поле?
6 Выполняется ли принцип суперпозиции для данной величины?
7 Как связаны напряжённость и потенциал (разность потенциалов)?