Elektripotentsiaali

Elektripotentsiaali on sähköisessä kentässä esiintyvä skalaariarvo, joka kuvaa potentiaalienergian per yksikkövaraus tietyssä pisteessä. Yksikkö on voltti (V); 1 V vastaa 1 joulea per coulombi (1 J/C). Potentiaali määrittelee, kuinka paljon työtä tarvitaan siirtää varaus yhdestä pisteestä toiseen ilman kiihtyvyyttä.

Potentiaalin ja sähkökentän välillä vallitsee yhteys: potentiaalierolla V(b) − V(a) on se työ per yksikkövaraus, jonka sähköinen kenttä tekee siirtäessä varaus a:sta b:hen. Tämä antaa V(b) − V(a) = −∫a→b E·dl, missä E on sähkökenttä ja dl on liikesuunta. Sähkökenttä ja potentiaali ovat toisiinsa liittyviä käsitteitä: E = −∇V.

Yksinkertaisissa järjestelmissä potentiaali voidaan laskea per kappaleen lähteestä: V(r) = (1/4πϵ0) · q / r, missä r on etäisyys varaukseen nähden. Laajemmassa tapauksessa potentiaali on superpositiorangi: V(r) = (1/4πϵ0) ∫ ρ(r′) / |r − r′| d^3r′, jossa ρ(r′) on varaustiheys. Potentiaalin ja varauksen välissä on yhteys: potentiaalin nollataso on valittavissa; yleisesti referenssinä käytetään esimerkiksi maata, jolloin V = 0 V vastaa maadoitettua pistettä.

Potentiaali liittyy myös potentiaalienergiaan: testivaraus q omaa potentiaalin V kohdassa U = qV. Sähköpotentiaali on keskeinen käsite sähköisissä piireissä, kondensaattoreissa ja jännitteiden määrityksessä; mittaaminen tapahtuu voltilla, ja jännitteen ero määrittää virran syntyä piireissä.