電位とは

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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。

電位は次の式で表すことができます。

$$V=Ed [V] \tag{2-2-13-1}$$

ここで、位置エネルギー \(U\) の式を思い出してください。

$$U=qEd  [J] \tag{2-2-11-2}$$

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。

つまり、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 $d[m]$ に作る電位 $V$ は 

$$V=k\cfrac{q}{d} [V] \tag{2-2-13-2}$$ $$k=\cfrac{1}{4πε_0}≒ 9×10^9=90億 [N・m^2/C^2] \tag{2-2-13-3}$$

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。

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