Električna napetost

Električna napetost je razlika električnih potencialov med dvema točkama. Premikaj rdeči preskusni delec in opazuj razliko med potenciali!

Animacija kaže ekvipotencialne ploskve okrog dveh nabojev. S preskusnim delcem, ki ga pomikamo po polju, lahko ugotavljamo višino potenciala v posameznih točkah.

Eléktrična napétost (tudi napétost; oznaka U) je fizikalna in elektrotehniška količina, določena kot razlika električnega potenciala. Električna napetost nam pove, koliko dela je potrebno opraviti za premik neke elektrine po neki poti v električnem polju. Napetost je torej kar premosorazmerna delu, opravljenem pri premiku elektrine:

V konzervativnih sistemih je opravljeno delo neodvisno od poti. Zato je električna napetost kar razlika električnih potencialov med dvema točkama.

Stolpični graf kaže delo, opravljeno med premikanjem rdečega preskusnega naboja. Krogec kaže izhodiščni položaj tega naboja. Stolpični graf tako lahko kaže tudi napetost med točko, v kateri se nahaja preskusni delec, in izhodiščno točko, ki jo kaže krogec.

Ekvipotencialne ploskve so ploskve z enkim električnim potencialom (v tej dvodimenzionalni predstavitvi vidimo le njihove ravninske prereze oziroma ustrezne krivulje).

Ekvipotencialne krivulje so analogne topografskim krivuljam, s katerimi ponazarjamo hribovje, kot kaže spodnja slika. Te krivulje so razporejene glede na višinsko razliko. Bolj so skupaj, večja je strmina hribovja.

 

Hribovito področje (levo) in njegov zemljevid z izohipsami (desno).

Izvor slik: United States Geological Survey:
http://interactive2.usgs.gov/learningweb/teachers/mapsshow_act4.htm

Ekvipotencialne krivulje pa so enakomerno razporejene tako, da razdalja med njimi pomeni določeno spremembo potenciala.
  • Kolikšna je razlika v potencialih med obrisi ekvipotencialnih ploskev v naši animaciji?
  • Kolikšno delo je opravljeno na preskusnem delcu, ko ga premikaš vzdolž ekvipotencialne krivulje? 
  • Kakšno delo opravljaš na preskusnem delcu, ko ga premikaš proti nekem drugem naboju? 
  • Preskusni delec je pozitivno naelektren. Kakšen predznak ima naboj, če je delo, ki ga opravljaš med premikanjem delca proti naboju pozitivno?

Sprememba v potencialne energije je sorazmerna spremembi v električnem potencialu (če je naboj konstanten). Če je sprememba električnega potenciala enaka nič, je enaka nič tudi sprememba v potencialni energiji in je zato tudi opravljeno delo enako nič.

Ko premikamo pozitivni naboj proti drugemu pozitivnemu delcu, opravljamo pozitivno delo (delca se namreč odbijata in temu se moramo upirati). Če pa premikamo pozitivni delec proti nekemu negativnemu delcu, opravljamo negativno delo (delca se že sama privlačita, in temu se upiramo).

Jakost električnega polja je v poljubni točki pravokotna na ekvipotencialno ploskev. To vidimo tudi z opazovanjem vektorja sile na preskusni delec med premikanjem delca po potencialnem polju. Smer jakosti električnega polja ustreza smeri najbolj strmega naklona na topografskem zemljevidu. Če bi naša slika predstavljala topografski zemljevid, bi imeli en hrib in eno dolino. Opazimo, da je jakost električnega polja pravokotno usmerjena na ekvipotencialne krivulje in zato pri premiku vzdolž krivulj ne opravljamo nobenega dela (električna sila in odmik sta med seboj pravokotna).