ศักย์ไฟฟ้า
| ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า |
|---|
 |
ศักย์ไฟฟ้า (อังกฤษ: electric potential) (ยังถูกเรียกว่า ศักย์สนามไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้าสถิต) เป็นปริมาณของพลังงานศักย์ไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าที่จุดหนึ่งเดียวนั้นจะพึงมีถ้ามันถูกมองหาตำแหน่งที่จุดใดจุดหนึ่งในที่ว่าง และมีค่าเท่ากับงานที่ถูกกระทำโดยสนามไฟฟ้าหนึ่งในการเคลื่อนย้ายหนึ่งหน่วยของประจุบวกจากที่ห่างไกลไม่สิ้นสุด (อังกฤษ: infinity) มาที่จุดนั้น
ในทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิก ศักย์ไฟฟ้าเป็นปริมาณสเกลาร์แสดงโดย Φ, ΦE หรือ V มีค่าเท่ากับพลังงานศักย์ไฟฟ้า(มีหน่วยเป็นจูล)ของอนุภาคที่มีประจุใด ๆ ที่ตำแหน่งใด ๆ หารด้วยประจุ(มีหน่วยเป็นคูลอมบ์)ของอนุภาคนั้น เมื่อประจุของอนุภาคได้ถูกหารออกไป ส่วนที่เหลือจึงเป็น "คุณสมบัติ" ของตัวสนามไฟฟ้าเอง
ค่านี้สามารถคำนวณได้ในสนามไฟฟ้าที่คงที่(เวลาไม่เปลี่ยน)หรือในสนามไฟฟ้าแบบไดนามิก(เปลี่ยนไปตามเวลา)ในเวลาที่กำหนด และมีหน่วยเป็นจูลต่อคูลอมบ์ (J C–1), หรือ volts (V) ศักย์ไฟฟ้าที่อินฟินิตี้สมมติว่ามีค่าเป็นศูนย์
ศักย์ไฟฟ้าเป็นปริมาณสเกลาร์ เพราะศักย์ไฟฟ้าเป็นพลังงานต่อหนึ่งหน่วยประจุเนื่องจากพลังงานศักย์ไฟฟ้ามีหน่วยเป็นจูล (J) ประจุมีหน่วยเป็นคูลอมบ์ (C) ศักย์ไฟฟ้าจึงมีหน่วยเป็น จูลต่อคูบอมบ์ ซึ่งเรียกว่า โวลต์ (V)
ในกรณีสนามโน้มถ่วงของโลก พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุที่ตำแหน่งต่างๆ ขึ้นกับความสูงของวัตถุเมื่อเทียบกับระดับอ้างอิง ซึ่งจะอยู่ที่ระดับดำก็ได้แล้วแต่จะกำหนด และให้ระดับอ้างอิงนี้มีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นศูนย์ ในการหาพลังงานศักย์ไฟฟ้าของประจุที่ตำแหน่งต่างๆ ก็ต้องกำหนดระดับอ้างอิงเช่นกัน
นอกจากนี้ศักย์ไฟฟ้าแบบสเกลล่าร์ทั่วไปยังถูกใช้ในระบบ electrodynamics เมื่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาปรากฎอยู่ แต่ศักย์ไฟฟ้าทั่วไปนี้ไม่สามารถคำนวนออกมาง่าย ๆ ศักย์ไฟฟ้าและศักย์เวกเตอร์แม่เหล็กรวมเข้าด้วยกันเป็นสี่เวกเตอร์ เพื่อที่ว่าทั้งสองชนิดของศักย์จะถูกนำมาผสมกันภายใต้ Lorentz transformations.
บทนำ
[แก้]กลศาสตร์แบบคลาสสิกจะสำรวจแนวคิดเช่นแรง, พลังงาน, ศักยภาพ และอื่น ๆ แรงและพลังงานศักย์จะเกี่ยวข้องกันเองโดยตรง แรงสุทธิที่กระทำต่อวัตถุใด ๆ จะทำให้วัตถุนั้นมีการเร่งความเร็ว เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ในทิศทางที่แรงเร่งความเร็วมัน พลังงานศักย์ของมันจะลดลง: เช่นพลังงานศักย์ที่เกิดจากโน้มถ่วงของลูกกระสุนปืนใหญ่ลูกหนึ่งที่ด้านบนของเนินเขาจะมีค่ามากกว่าพลังงานศักย์ที่ฐานของเนินเขา เมื่อมันกลิ้งลงเนินมา พลังงานศักย์ของมันก็ลดลงเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่ หรือพลังงานเฉื่อย (จลน์)
มันเป็นไปได้ที่จะกำหนดศักยภาพของสนามพลังบางอย่างเพื่อที่ว่าพลังงานศักย์ของวัตถุหนึ่งในสนามนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุเมื่อเทียบกับสนามเท่านั้น สองสนามพลังดังกล่าวคือสนามแรงโน้มถ่วงและสนามไฟฟ้า (ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา) สนามดังกล่าวจะต้องส่งผลกระทบต่อวัตถุเนื่องจากคุณสมบัติที่แท้จริงของวัตถุ (เช่นมวลหรือประจุ) และตำแหน่งของวัตถุ
วัตถุจำนวนมากอาจครอบครองคุณสมบัติที่เรียกว่าประจุไฟฟ้าและสนามไฟฟ้าจะออกแรงบังคับบนวัตถุที่มีประจุนั้น ถ้าวัตถุที่มีประจุมีประจุบวก แรงจะอยู่ในทิศทางของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าที่จุดนั้นในขณะที่ถ้าประจุนั้นเป็นลบ แรงจะเป็นไปในทิศทางตรงกันข้าม ขนาดของแรงจะถูกกำหนดโดยปริมาณของประจุคูณด้วยขนาดของเวกเตอร์สนามไฟฟ้า