電位

ソース: 龍 p. 陳博士は、物理学科 & 天文学、科学の大学、パーデュー大学、ウェスト ラファイエット, インディアナ

電位とも呼ばれる「電圧」、単位電荷あたりの電気潜在的なエネルギーを測定します。電場はスカラー量であるし、多くの電気効果の基本であります。潜在的なエネルギーのような電位の違いは、物理的に意味があります。たとえば、電位の空間的変化は充電で電気の力に上昇を与える電界に関連です。抵抗の 2 点間の電位の違いは、電気電流を駆動します。

この実験は荷電球によって生成される電気潜在性 (より正確には、空間の二点間電位差) を示すために電圧計と蛍光管の両方を使用します。実験は、電場に垂直な等電位面の概念を示します。

点電荷 Q が原点に位置する (r = 0) 電位が生成されます。

(関係式 1)

空間電荷から距離 r の任意の時点で (起源の r = 0)。方程式 1は一様に帯電球によって生成される電気潜在性についても説明します (r を中心とした = 0) (図 1) の球の外のスペースの総電荷量 Q と。両方のケースで (可能性はゼロ)「参照」点電荷から無限の距離です。電位は、電場の方向は、放射状の方向に沿って変化します。

2 点 P₁と P₂の距離 r₁ r₂原点 (電荷の中心) から、それぞれ、これらの 2 つの点の間の電位差はします。

(式 2)

点 P₂は、無限遠 (→∞) には場合、式 1式 2は下がります。したがって、これらの 2 つの点の起源 (充電部) 距離が異なる場合、2 点間の電位差があります。原点を中心とする球形の表面はこの場合「等電位表面」です。この場合、(半径方向) に沿って電場は電位面 (球) に垂直に注意してください。これは一般的に真であることが判明: 等電位面は電場の方向に垂直になります。

図 1:電動発電機に接続されている荷電球を示す図。電圧計を使用して、(球の中心から距離 r) と"A"の時点で電位を測定します。

1. 帯電球による電位

1. 金属球の電荷を置くことができますヴァン der グラフ ジェネレーターを取得します。球の中心は、この実験の原点として定義されます。
2. 電圧計を取得します。(導電性ケーブルを使用して) その「−」ターミナル地面またはヴァン der グラフ ジェネレーターにターミナル参照または接続 (大導電管) など電気地面遠く (少なくとも数メートル) ジェネレーターから。その「+」端末を動かすことができる電圧プローブの先端で電圧計のケーブルに接続します。回路の接続を図 1に示します。
3. 球を充電する少なくとも 10 ターン発電機のクランクを回します。
4. (電圧計の「+」端子に接続) 電圧プローブの先端を置くオン電圧計で起源から約 0.5 m です。必要に応じて、測定したり、あらかじめ距離をマークする定規を使用します。電圧電圧計の読みを記録します。先端を動かすが、原点からの距離を維持します。電圧計読書を観察します。
5. 電圧プローブの先端がそれぞれ約 1 m と 1.5 m に配置されますと上記の手順を繰り返します。
6. (手持ち) 蛍光管を取得します。荷電球 (図 2 a) の中心から約 0.5 m にチューブをもたらします。最初に、それは球から放射状の方向に沿って、チューブを向けます。チューブ (相対的な暗闇の中での観察を容易にするため、ライトをオフにする) を確認します。90 度回転チューブは放射状の方向 (図 2 b) に垂直になるように。チューブを再度確認します。

図 2: 電動発電機に接続されている荷電球を示す図。蛍光管を使用して、チューブの 2 つの端間の電位差を示します。場合 (a) 管が放射状の方向に沿った(b) 管、半径方向に垂直に方向です。

プローブの先端は原点から同じような距離に保たれている場合と同様の測定値を与える手順 1.4-1.5 で電圧計を観察できる (つまり、等電位面)。ただし、電圧プローブを原点から遠く移動する場合を削除します。電圧 1 m と 1.5 m で読書になります約 1/2、1/3 0.5 m で読書のそれぞれ。逆距離対電圧 V を測定した場合、(1/r) をプロット、直線結果、方程式 1から期待どおりに。

電位 (電圧) は、ユビキタスでおそらく最も一般的電気量を使用します。多いにもかかわらず、2 つは互いに関連することができます (あるベクトル) 電界より (あるスカラー) 電位を利用すると便利。電気潜在的な違いを使用して、たとえば、テレビ画面や電子顕微鏡料金動き (加速/減速/逸れ料金) を駆動・制御します。電気電位差 (通常呼んで電圧) が現在どのようなドライブも指揮者の流れ。1 つは電圧を測定するたびに 1 つ (1 つは時々 参照ポイントまたはゼロの可能性がある定義されている地面) の 2 点間の電位差を測定します。

実験の著者は、材料準備のためゲイリー ハドソンとビデオの手順を示すため Chuanhsun Li の支援を認めています。