什么是电势?
电势以伏特(V)为单位,表示空间某一点上由源电荷产生的、单位电荷所具有的电势能。对于单个点电荷 \(Q\) 而言,距其 \(r\) 处的电势可由库仑定律的电势形式给出:\(V = kQ/r\)。本计算器适用于任意一致的国际单位制(SI)输入,是普适的物理规律,与国家或地区无关。
如何使用本计算器
输入以库仑(C)为单位的源电荷 \(Q\)——你可以使用科学计数形式的数值,例如用 0.000001 表示 1 微库仑——再输入从电荷到目标点、以米(m)为单位的距离 \(r\)。计算器会返回以伏特为单位的电势。正电荷产生正电势,负电荷产生负电势。
公式详解
$$V = k\,\frac{\text{Charge }Q}{\text{Distance }r}$$其中 \(k\) 为库仑常数,约等于 \(8.9875 \times 10^{9}\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2\)(通常近似取 \(9 \times 10^{9}\))。\(Q\) 是以库仑为单位的源电荷,\(r\) 是以米为单位的径向距离。电势随距离成反比衰减——距离增大一倍,电势减半。与电场(按 \(1/r^2\) 衰减)不同,电势按 \(1/r\) 衰减。
计算示例
假设空间中有一个电荷 \(Q = 2 \times 10^{-6}\ \text{C}\)(即 2 µC),我们想求距它 0.05 m 处的电势。则 $$V = \frac{8.9875 \times 10^{9} \times 2 \times 10^{-6}}{0.05} = \frac{17975}{0.05} \approx 359{,}502\ \text{伏特}$$因此该点处的电势约为 360 kV。
常见问题
正负号重要吗? 重要。负电荷会产生负电势,因为电势是一个标量,它带有源电荷的正负号。
如果 r = 0 会怎样? 当 \(r = 0\) 时公式发散(电势趋于无穷大),所以距离必须大于零。为避免除以零,计算器在此情况下返回 0。
使用的 k 取值是多少? 采用基于 CODATA 的精确值 \(8.9875517873681764 \times 10^{9}\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2\)。