電位とは
電位とは、＋1クーロンの持っている、位置エネルギーのことということができます。
電位は、電界と電位の関係式 \(E=\cfrac{V}{d}\) [V/m] から次の式で表すことができます。
\(V=Ed\) [V]
ここで、位置エネルギー \(U\) の式を思い出してください。
電界 \(E\) [V/m] の中で、電荷 \(q\) [C] に働く力は
\(F=qE\) [N] です。
位置エネルギーは
\(U=Fd=qV=qEd\) [J] になります。
上の電位の式と位置エネルギーの式を比べてみます。
位置エネルギーの電荷 \(q\) が＋1クーロンの場合は、二つの式は同じになります。
この場合、電位 \(V\) と位置エネルギー \(U\) は同じということができます。
電位とは高さを意味します
●プラスは山の形の電位であり、マイナスは谷の形の電位と考えられます。
プラスの電荷は山の高い位置にありますので、図1 にあるような位置に、+１クーロンの点電荷が置かれていると、その点電荷の位置が電位 \(V\)（ボルト） になります。
そして、電荷間に働く力はプラス同士なので反発力（斥力）が働きます。
次に、マイナスの電荷は谷の低い位置にあると考えます。
図２のような場所に置かれた、＋1クーロンの点電荷は吸引力がはたらいて底の方に引き寄せられます。
その点電荷の基準からの位置が電位 \(V\)（ボルト） になります。
点電荷が作る電位
\(q\) クーロンの点電荷が距離 \(r\) [m] に作る電位 \(V\) は
\(V=k\cfrac{q}{r}\) [V]
\(k=\cfrac{1}{4πε_0}≒ 9×10^9=90億\) [N・m2/C2]
電位は方向を持たない「スカラ量」になります。
電位の例題
電位の合計を求める。
２つの電荷qによる電位は共に同じになります。
\(V=k\cfrac{q}{a}\) [V]
電位 \(V\) の足し算は数値で計算する。（向きは関係なし）
\(2V=k\cfrac{q}{a}+k\cfrac{q}{a}=\cfrac{2kq}{a}\) になります。
以上で「電位とは」の説明を終わります。
