电势与电势差

电势

        电势是电荷在电场中具有的电势能与电荷量的比值。

        φ=Ep/q,电势的单位是伏特(V)。

电势的理解

        

        1.电势是相对的,只有先确定了某点的电势为0以后,才能确定其他点的电势。电场中某点的电势能跟零电势的位置选择有关。通常选大地或者无限远的电势为0.

        2.电势是表征的电场性质的一个物理量:电场中某点电势φ的大小是由电场本身的条件决定的,与该点是否放置电荷、电荷的电性、电荷量均无关,这和许多比值定义的物理量相同,比如电场强度E=F/q

        3.电势是标量:在规定了零电势后,电场中个点的电势可以是正值,也可以是负值。正值表示该点的电势高于零电势,负值表示该点的电势低于零电势。

         

等势面

        电场中电势相等的各个点构成的面叫等势面。

        几种常见的等势面

        点电荷的等势面

        

        两个电荷的等势面

        

        带电金属导体的等势面

        

        匀强电场的等势面

        

等势面的特点

        1垂直关系,等势面一定与电场线垂直,即跟电场强度的方向垂直。

        2电场线与电势高低的关系,电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面,两个不同的等势面永远不会相交。

        3电场强度与等势面的关系,在同一电场中等差等势面(两个相邻的等势面间的电势差相等)的疏密程度反映了电场的强弱,等势面密处电场线也密,电场就强,反之就弱。

        4在同一等势面上移动电荷时,静电力不做功。

        

电势差

        电势差是电场中两点间的电势差值,也叫电压(voltage)设电场中A点的电势为φAB点的电势为φB,则电势差表达为UAB=φAφB,也可以写成UBA=φBφA,并且UAB=-UBA

        静电力做功与电势差

        WAB=qUAB=q(φAφB)=qφA-qφB =EpA
EpB=-E

        UAB=WAB/q

        (φ为电势,q为电荷量,U为电势差,EpA
EpB为两个点的电势能)。

        1)其中的WAB是电荷从初始位置A移动到末位置B过程中静电力所做的功,WAB可以为正值,也可以为负值,q为电荷所带的电荷量,正电荷取正值,负电荷取负值。

        2)公式WAB=qUAB适用于任何电场,UAB为电场中AB两点的电势差,WAB仅是电场力做的功,各式均有正负,计算时要对应角标。

        电势差大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,公式表述就是U=W/q

        电势差的国际单位制为伏特(V,简称伏),常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。

         

电势差与电场力做功

        

        电场力做功与电势差,进行以下讨论。

        假设在某电场中,如果把一个正电荷从A移动到B,电场力做正功,那么U=W/q为正;说明A点的电势比B点高。

        假设在某电场中,如果把一个正电荷从A移动到B,电场力做负功,那么U=W/q为负;说明A点的电势比B点低。

        假设在某电场中,如果把一个负电荷从A移动到B,电场力做正功,那么U=W/q为负;说明A点的电势比B点低。

        假设在某电场中,如果把一个负电荷从A移动到B,电场力做负功,那么U=W/q为正;说明A点的电势比B点高。

        由此可见,电势差和电场中电荷正负没有关系,与电荷在电场中的运动无关。但是在同一电场中,沿相同始末位置运动正负电荷,电场力做功正负是有区别的。