电势

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2017年3月5日 (日) 14:50富甲一方讨论 | 贡献的版本

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  电势(electric potential),描述静电场特性的基本物理量之一,标量。库仑定律指出,两静止点电荷之间的相互作用力是有心力,其方向沿两者的连线,其大小只依赖于两者的距离。根据库仑定律和场强叠加原理可以证明,静电力对试验电荷所作的功与路径无关,仅由起点、终点的位置确定。若试验电荷在静电场中沿闭合路径移动一周,则静电力对它所作的功为零,这就是静电场的环路定理。它表明静电场是保守场或势场,存在着一个可以用来描述静电场特性的、只与位置有关的标量函数——电势。

  功量度了能量的变化。设一电量为q0的试验点电荷在静电场中从 P点移动到Q点时,静电力作功A,则相应的能量变化定义为P、Q两点的电势能之差WP-WQ,即

    电势1.jpg=WP-WQ

  此值与电量 q0成正比,即电势能之差与q0的比值和试验电荷电量无关,而反映了场的特性,称为静电场内P、Q两点的电势差,即

    电势2.jpg

  因此,静电场中任意两点 P、Q的电势差(Up-UQ)等于把单位正电荷从P点移动到Q点时静电力做的功,即等于单位正电荷在P、Q两点的电势能差。若规定无穷远点的电势为零

    U∞=0

  则静电场中任一点P的电势定义为

    电势3.jpg

  即P点的电势等于把单位正电荷从P点移动到无穷远的过程中,静电力所做的功。

  静电场电势零点的位置原则上可以任选。由于在实际静电场问题中,离各种带电体足够远可统称无穷远的广大空间为具有零场强和恒定电势的区域,取U∞=0既普遍适用又方便自然。在实际工作中,常常把电器外壳接地并选取U地=0,这要求地球的电势稳定且大气电场可以忽略。

  根据库仑定律,若电量为 q的点电荷,在无限真空中产生静电场 ,则与之相距为r的某点的电势为电势4.jpg,根据场强 叠加原理 , 点电荷组在无 限 真空中某点 的电 势为电势5.jpg,若电荷连 续分布,则电势6.jpg,这就是电势叠加原理。

  电势的空间分布可以用一系列等势面来图示。在国际单位制(SI)中,电势的单位是伏特,简称伏(V)。