Что такое электрический потенциал?
Электрический потенциал (его часто называют напряжением) в точке пространства — это потенциальная энергия электрического поля, приходящаяся на единицу заряда, которой обладал бы пробный заряд в этом месте. Для одиночного точечного заряда Q потенциал на расстоянии r определяется формулой \(V = kQ/r\), где k — постоянная Кулона. Этот калькулятор универсален: он опирается только на физические константы и одинаково работает в любой стране.
Как пользоваться калькулятором
Введите заряд-источник Q в кулонах (Кл) и расстояние r в метрах (м) от этого заряда до точки, в которой вы хотите узнать потенциал. Калькулятор выдаст потенциал V в вольтах (В). Положительные заряды создают положительный потенциал, а отрицательные — отрицательный. Поскольку потенциал точечного заряда является скалярной величиной, указывать направление не требуется.
Разбор формулы
Связь выражается формулой $$V = k \cdot \frac{Q}{r}$$ Здесь \(k \approx 8{,}9876 \times 10^{9}\ \text{Н}\cdot\text{м}^2/\text{Кл}^2\) — постоянная Кулона, Q — заряд, а r — расстояние между зарядом и точкой. Потенциал убывает как \(1/r\), поэтому при увеличении расстояния вдвое потенциал уменьшается в два раза. В отличие от напряжённости электрического поля (которая спадает как \(1/r^2\)), потенциал убывает с расстоянием медленнее.
Пример расчёта
Пусть заряд \(Q = 1\) микрокулон (\(1 \times 10^{-6}\) Кл) находится в начале координат, и нужно найти потенциал на расстоянии 1 метр. Тогда $$V = \frac{8{,}9876 \times 10^{9} \times 1 \times 10^{-6}}{1} \approx 8987{,}55\ \text{вольта}$$ На расстоянии 2 метра потенциал будет вдвое меньше — около 4493,78 вольта.
Частые вопросы
Является ли электрический потенциал вектором? Нет. Потенциал — скалярная величина, поэтому вклады от нескольких зарядов просто складываются алгебраически.
Что происходит при r = 0? В точке расположения идеального точечного заряда формула обращается в бесконечность, поэтому при нулевом расстоянии калькулятор возвращает 0, чтобы избежать неопределённого результата.
Где находится точка отсчёта? Формула предполагает, что потенциал равен нулю на бесконечности — это стандартное соглашение для изолированного точечного заряда.
