Im klassischen Elektromagnetismus ist das elektrische Potenzial (eine Skalarmenge, die durch φ, φ oder V angezeigt ist und auch das elektrische Feldpotenzial oder das elektrostatische Potenzial genannt ist) an einem Punkt, der elektrischen potenziellen Energie (gemessen in Joule) von einer beladenen Partikel an dieser Position gleich, die durch die Anklage geteilt ist (gemessen in Ampere-Sekunden) von der Partikel. Das elektrische Potenzial ist der Testpartikel-Anklage unabhängig - es wird durch das elektrische Feld allein bestimmt. Das elektrische Potenzial kann an einem Punkt entweder in einem statischen (Zeit-Invariant) elektrisches Feld oder in einem dynamischen berechnet werden (sich mit der Zeit ändernd), elektrisches Feld in einer spezifischen Zeit, und hat die Einheiten von Joule pro Ampere-Sekunde oder Volt.

Es gibt auch ein verallgemeinertes elektrisches Skalarpotenzial, das in der Elektrodynamik verwendet wird, wenn zeitändernde elektromagnetische Felder da sind. Dieses verallgemeinerte elektrische Potenzial kann einfach als das Verhältnis der potenziellen Energie nicht interpretiert werden, jedoch zu stürmen.

Einführung

Gegenstände können ein als eine elektrische Anklage bekanntes Eigentum besitzen. Ein elektrisches Feld übt eine Kraft auf beladene Gegenstände aus, sie in der Richtung auf die Kraft, entweder in demselben oder in der entgegengesetzten Richtung des elektrischen Feldes beschleunigend. Wenn der beladene Gegenstand eine positive Anklage hat, werden die Kraft und Beschleunigung in der Richtung auf das Feld sein. Diese Kraft hat dieselbe Richtung wie der elektrische Feldvektor, und sein Umfang wird durch die Größe der mit dem Umfang des elektrischen Feldes multiplizierten Anklage gegeben. Klassische Mechanik erforscht die Konzepte wie Kraft, Energie, Potenzial usw. ausführlicher. Das elektrische Potenzial (oder Potenzial) an einem Punkt in einem elektrischen Feld werden als die geleistete Arbeit im Bewegen einer Einheit positive Anklage von der Unendlichkeit bis diesen Punkt definiert.

Kraft und potenzielle Energie sind direkt verbunden. Als sich ein Gegenstand in der Richtung bewegt, dass die Kraft es, seine potenziellen Energieabnahmen beschleunigt. Zum Beispiel ist die potenzielle Gravitationsenergie einer Kanonenkugel an der Oberseite von einem Hügel größer als an der Basis des Hügels. Weil der Gegenstand, diese potenzielle Energie Abnahmen fällt und übersetzt wird, um, oder (kinetische) Trägheitsenergie zu winken.

Für bestimmte Kräfte ist es möglich, das "Potenzial" eines solchen Feldes zu definieren, dass die potenzielle Energie eines Gegenstands wegen eines Feldes nur von der Position des Gegenstands in Bezug auf das Feld abhängig ist. Jene Kräfte müssen Gegenstände betreffen, die nur von den inneren Eigenschaften des Gegenstands und der Position des Gegenstands abhängen, und bestimmten anderen mathematischen Regeln folgen.

Zwei solche Kräfte sind die Gravitationskraft (Ernst) und die elektrische Kraft ohne zeitändernde magnetische Felder. Das Potenzial eines elektrischen Feldes wird das elektrische Potenzial genannt. Der synonymische Begriff "elektrostatisches Potenzial" ist auch in der üblichen Anwendung.

Das elektrische Potenzial und das magnetische Vektor-Potenzial bilden zusammen einen vier Vektoren, so dass die zwei Arten des Potenzials unter Transformationen von Lorentz gemischt werden.

In der Elektrostatik

Das elektrische Potenzial an einem Punkt r in einem statischen elektrischen Feld E wird durch die Linie integrierter gegeben

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wo C ein willkürlicher Pfad ist, der den Punkt mit dem Nullpotenzial zu r verbindet. Wenn die Locke Null ist, hängt die Linie, die oben integriert ist, vom spezifischen Pfad C gewählt, aber nur auf seinen Endpunkten nicht ab. In diesem Fall ist das elektrische Feld konservativ und durch den Anstieg des Potenzials entschlossen:

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Dann, nach dem Gesetz von Gauss, befriedigt das Potenzial die Gleichung von Poisson:

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wo ρ die Gesamtanklage-Dichte (einschließlich der bestimmten Anklage) und  ist · zeigt die Abschweifung an.

Das Konzept des elektrischen Potenzials wird mit der potenziellen Energie nah verbunden. Eine Testanklage q hat eine elektrische potenzielle Energie U gegeben durch

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Die potenzielle Energie und folglich auch das elektrische Potenzial werden nur bis zu einer zusätzlichen Konstante definiert: Man muss eine Position willkürlich wählen, wo die potenzielle Energie und das elektrische Potenzial Null sind.

Diese Gleichungen können wenn die Locke, d. h. im Fall von einem nichtkonservativen elektrischen Feld nicht verwendet werden (verursacht durch ein sich änderndes magnetisches Feld; sieh die Gleichungen von Maxwell). Die Generalisation des elektrischen Potenzials zu diesem Fall wird unten beschrieben.

Elektrisches Potenzial wegen einer Punkt-Anklage

Das elektrische durch einen Punkt geschaffene Potenzial klagt an, dass, wie man zeigen kann, Q, in einer Entfernung r von der Anklage (hinsichtlich des Potenzials an der Unendlichkeit), ist

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wo ε die elektrische Konstante (permittivity vom freien Raum) ist. Das ist als das Ampere-Sekunde-Potenzial bekannt.

Das elektrische Potenzial wegen eines Systems von Punkt-Anklagen ist der Summe der individuellen Potenziale der Anklagen des Punkts gleich. Diese Tatsache vereinfacht Berechnungen bedeutsam, da die Hinzufügung potenzieller (skalarer) Felder viel leichter ist als Hinzufügung des elektrischen (Vektor) Felder.

Die Gleichung, die oben für das elektrische Potenzial gegeben ist (und alle Gleichungen verwendet hier) sind in den durch SI-Einheiten erforderlichen Formen. In einigen anderen (weniger allgemeinen) Systemen von Einheiten, wie CGS-Gaussian, würden viele dieser Gleichungen verändert.

Generalisation zur Elektrodynamik

Wenn zeitändernde magnetische Felder da sind (der wahr ist, wann auch immer es zeitändernde elektrische Felder und umgekehrt gibt), ist es nicht möglich, das elektrische Feld einfach in Bezug auf ein Skalarpotenzial V zu beschreiben, weil das elektrische Feld nicht mehr konservativ ist: Ist weil (das Gesetz von Faraday der Induktion) vom Pfad abhängig.

Statt dessen kann man noch ein Skalarpotenzial durch auch einschließlich des magnetischen Vektor-Potenzials A definieren. Insbesondere A wird definiert, um zu befriedigen:

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wo B das magnetische Feld ist. Weil die Abschweifung des magnetischen Feldes immer Null wegen der Abwesenheit von magnetischen Monopolen ist, kann solch ein A immer gefunden werden. In Anbetracht dessen, die Menge

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ist ein konservatives Feld nach dem Gesetz von Faraday, und man kann deshalb schreiben

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wo V das durch das konservative Feld F definierte Skalarpotenzial ist.

Das elektrostatische Potenzial ist einfach der spezielle Fall dieser Definition, wo A Zeit-Invariant ist. Andererseits, für zeitändernde Felder, bemerken Sie das

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verschieden von der Elektrostatik.

Bemerken Sie, dass diese Definition V von der Maß-Wahl für das Vektor-Potenzial abhängt (der Anstieg jedes Skalarfeldes kann zu hinzugefügt werden, ohne B zu ändern). Eine Wahl ist das Ampere-Sekunde-Maß, in dem wir wählen. In diesem Fall erhalten wir

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wo ρ die Anklage-Dichte, ebenso für die Elektrostatik ist. Eine andere allgemeine Wahl ist das Maß von Lorenz, in dem wir wählen, um zu befriedigen

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Einheiten

Die SI-Einheit des elektrischen Potenzials ist das Volt (zu Ehren von Alessandro Volta), der ist, warum elektrisches Potenzial auch bekannt als Stromspannung ist. Ältere Einheiten werden heutzutage selten verwendet. Varianten des Zentimeter-Gramms das zweite System von Einheiten haben mehrere verschiedene Einheiten für das elektrische Potenzial, einschließlich des abvolt und des statvolt eingeschlossen.

Potenzial von Galvani gegen das elektrochemische Potenzial

Innerhalb von Metallen (und andere Festkörper und Flüssigkeiten) wird die Energie eines Elektrons nicht nur durch das elektrische Potenzial, sondern auch durch die spezifische Atomumgebung betroffen, in der es ist. Wenn ein Voltmeter zwischen zwei verschiedenen Typen von Metall verbunden wird, misst er nicht den elektrischen potenziellen Unterschied, aber stattdessen den potenziellen für die verschiedenen Atomumgebungen korrigierten Unterschied. Die durch einen Voltmeter gemessene Menge wird elektrochemisches Potenzial oder fermi Niveau genannt, während das reine unangepasste elektrische Potenzial manchmal Potenzial von Galvani genannt wird. Die Begriffe "Stromspannung" und "elektrisches Potenzial" sind ein bisschen darin in der Praxis zweideutig, sie können sich auf jeden von diesen in verschiedenen Zusammenhängen beziehen.

Siehe auch

• Absolutes Elektrode-Potenzial
• Elektrochemisches Potenzial
• Elektrode-Potenzial
• Potenzial von Galvani
• Mathematische Beschreibungen des elektromagnetischen Feldes
• Stromspannung oder elektrischer potenzieller Unterschied