Різниця потенціалів

Електричні та гравітаційні взаємодії мають багато спільного. Зокрема, робота сили тяжіння і робота електричної сили виражаються схожими залежностями. Враховуючи, що при виконанні роботи відбувається зміна потенціальної енергії, можна зробити висновок, що заряджене тіло в електричному полі має потенціальну енергію \(W_{п}=qEl\). Потенціальна енергія зарядженого тіла визначається як електричними характеристиками тіла, так і характеристиками вибраної точки електричного поля - напруженість та координата. Зміна однієї з трьох характеристик спричиняє зміну потенціальної енергії тіла в цілому. В кожному випадку відношення потенціальної енергії зарядженого тіла до його електричного заряду в даній точці поля залишається сталим: \(\frac{W_{п}}{q}=El\). У цьому виразі відсутній заряд пробного тіла, тому отримане відношення і відповідна йому фізична величина характеризують лише дану точку електричного поля.

Фізична величина, яка є енергетичною характеристикою електричного поля і дорівнює відношенню потенціальної енергії зарядженого тіла в електричному полі до його заряду, називається потенціалом: \(\varphi=\frac{W_{п}}{q}\).

Для вимірювання потенціалу користуються одиницею вимірювання електричної напруги (вольтом). Вольт дорівнює різниці потенціалів між двома точками електричного поля, якщо для переміщення між ними електричного заряду в один кулон треба виконати роботу , що дорівнює одному джоулю. Потенціал є скалярною величиною і не має напрямку. Тому можна говорити, що навколо точкового зарядженого тіла є безліч точок, у яких потенціали будуть однакові. Усі вони утворюють поверхню, яка називається еквіпотенціальною.  Узявши до уваги, що робота електричного поля за означенням дорівнює зміні потенціальної енергії, матимемо:

\(A=qEl_{1}-qEl_{2}\)

\(A=q(\varphi_{1}-\varphi_{2})=q\Delta\varphi\), звідки

\(\Delta\varphi=\varphi_{1}-\varphi_{2}=\frac{A}{q}\). 

Фізична величина, яка характеризує енергетичний стан поля і дорівнює відношенню роботи з переміщення зарядженого тіла з однієї точки поля в іншу до значення заряду, називається різницею потенціалів: \(\Delta\varphi=\frac{A}{q}\).