nulpotentiaal

Nulpotentiaal is de waarde van een potentiële functie die als referentiepunt wordt gekozen bij het beschrijven van potentiële energie en veldkrachten. De nulwaarde is arbitrair en kan per situatie worden ingesteld; in veel gevallen vereenvoudigt een gekozen nulpunt de berekeningen of de interpretatie van de resultaten.

In elektrostatica wordt de elektrische potentiaal V meestal gedefinieerd als de potentiële energie per eenheid lading. Bij een geïsoleerde lading wordt de nul van V vaak ingesteld op oneindig, zodat V(r) → 0 als r → ∞. Voor geleiders die met de aarde verbonden zijn geldt vaak V = 0 op het aardpunt, wat het referentiepunt voor spanningen bepaalt.

Voor het zwaartekrachtveld is de gravitatiepotentiaal meestal gedefinieerd met nul op oneindig; de gravitatiepotentiaal is φ(r) = -GM/r, en de potentiële energie van een massa m is U = mφ. Ook in dat geval leidt een keuze van het nulpunt tot hetzelfde veld, terwijl de absolute waarde van de energie kan variëren met de constante.

In elektrische circuits fungeert het aardpunt als referentiepotentiaal; spanningen op andere knopen worden gemeten ten opzichte van dit nulpunt. In zowel natuur- als technische toepassingen wordt de nul van het potentiaal vaak gekozen om grensvoorwaarden of meetinterpretaties te vereenvoudigen.

Wiskundig gezien is de potentiële functie gedefinieerd up tot een additieve constantie: E = -∇V blijft ongewijzigd als V met een constante wordt verschoven. Bij oplossingen van Laplace-equaties bepaalt de constante de absolute referentie maar niet de gerelateerde veldsterkte.

Voorbeelden tonen hoe een consistente nulpont-selectie de uitdrukking van V(r) beïnvloedt, zoals V(r) = (1/4πε0) q / r bij een puntlading, met V(∞) = 0 als gangbare keuze.