מהו פוטנציאל חשמלי

פוטנציאל חשמלי הוא מאפיין כמותי של שדה חשמלי המבוסס על מדידת העבודה של כוחות חשמליים שהשדה עושה כאשר מטענים נעים דרכו. מכשירים מיוחדים משמשים למדידת פוטנציאל חשמלי - אלקטרוסקופים ואלקטרומטרים.

לשדה החשמלי שנוצר על ידי מטענים יש את התכונה החשובה הבאה: העבודה שעושים כוחות השדה כאשר המטענים נעים בו תלויה רק ​​במיקום נקודות התנועה הראשוניות והסופיות, אך אינה תלויה בנתיב שלאורכו מתרחשת התנועה. (שדה עם מאפיין כזה נקרא פוטנציאל).

לכן, השדה החשמלי בכל נקודה יכול להתאפיין בעבודה שעושים כוחות השדה כאשר מטען מסוים נע מנקודה נתונה לאינסוף (בפועל לנקודה כה רחוקה שהשדה בו כבר יכול להיחשב שווה לאפס) .

מאפיין כזה הוא הפוטנציאל החשמלי בנקודה נתונה בשדה, שמתבטא בעבודה שעושים כוחות השדה כאשר מטען חיובי מוסר מאותה נקודה לאינסוף.

אם תנועה זו מתרחשת בכיוון הכוח הפועל בצד השדה, אז הכוח הזה עושה עבודה חיובית והפוטנציאל של נקודת ההתחלה חיובי. אם התנועה היא לכיוון הכוח הפועל בצד השדה, אז כוח השדה עושה עבודה שלילית והפוטנציאל של נקודת ההתחלה הוא שלילי.

מכיוון שהעבודה הנעשית כאשר מטען נע בשדה חשמלי אינה תלויה בנתיב, אלא רק במיקום נקודות ההתחלה והסיום, העבודה הנעשית בתנועה לאורך כל נתיב מנקודה A לנקודה B שווה לסכום מהעבודה שנעשתה בעבודה כאשר עוברים מ-A לאינסוף ומאינסוף ל-B (שכן שתי התנועות האחרונות מייצגות גם תנועה מ-A ל-B, אך בדרך אחרת).

במילים אחרות, העבודה שנעשתה על ידי כוחות השדה כאשר מטען חיובי ביחידה נע מנקודה A לנקודה B שווה להפרש הפוטנציאלים החשמליים בנקודות A ו-B.

מטען חיובי חופשי בפעולת כוח השדה החשמלי ינוע תמיד לכיוון הכוח, שיעשה עבודה חיובית, כלומר תמיד ינוע מנקודות בעלות פוטנציאל גבוה יותר לנקודות בעלות פוטנציאל נמוך יותר. להיפך, מטענים שליליים יעברו מנקודה בעלת פוטנציאל נמוך יותר לנקודות בעלות פוטנציאל גבוה יותר.

כשם שגופים כבדים בשדה כבידה נעים מפוטנציאל גבוה לנמוך יותר, מטענים חשמליים חיוביים נעים מפוטנציאל גבוה לנמוך יותר.

בדיוק כמו לתנועה של גופים כבדים, לא הרמה המוחלטת בכל נקודה חשובה, אלא ההבדל ברמות של הנקודות שביניהן נעים הגופים, לתנועת מטענים חשמליים, זה לא גודל הפוטנציאל. עצמו (נמדד מול אינסוף) , שהוא חיוני, אבל ההבדל הפוטנציאלי של נקודות שביניהן יכולה להתרחש תנועת מטענים חשמליים, למשל, נקודות המחוברות באמצעות חוט.

לכן, בכל הבעיות החשמליות לא הפוטנציאל משחק תפקיד, אלא ההבדל הפוטנציאלי, ולכמות אחרונה זו מוצג שם מיוחד - מתח (הבדל פוטנציאלי בין שתי נקודות). יחידת המדידה של הפרש פוטנציאל (מתח) במערכת היחידות המעשית היא הוולט.

יש גם מושגים בהנדסת חשמל פוטנציאל אלקטרודה ו הבדל פוטנציאל מגע.