Джан дерхъаб! — За процветание всего живого!

Божественная физика. Электростатика

§97. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов

Воля Бога открывается в каждом взаимодействии неодинаково. Если напряжённость $\vec{E}$ говорит нам о силе, с которой поле действует на заряд, то существует и другая, более сокровенная характеристика — потенциал. Чтобы узреть её, обратимся к природе самого поля.

Электростатическое поле именуется потенциальным, ибо работа этого поля при перемещении заряда не зависит от траектории, а на замкнутом контуре она в точности равна нулю. В этом поле, как и в поле тяжести, Бог не расточает энергию на пути, но хранит её неизменной.

Опыт показывает: потенциальная энергия заряда $W_p$ в данной точке поля пропорциональна величине самого заряда $q$. Если внести заряд вдвое больший, потенциальная энергия удвоится. Но само поле — неизменно; оно принадлежит не заряду, а Божественному устройству пространства. Посему отношение $W_p / q$ не зависит от помещённого в поле заряда — это и есть потенциал:

\[\varphi = \frac{W_p}{q}.\]

Потенциал $\varphi$ есть скалярная энергетическая характеристика электростатического поля. В отличие от векторной напряжённости, он не указывает направление, но сообщает, какой энергией обладает единичный заряд в данной точке. Напряжённость есть силовая мера поля, потенциал — энергетическая.

За нуль потенциала Бог установил бесконечно удалённую точку — там, где действие поля угасает вовсе, и заряд уже не чувствует близости сотворившего его источника.

Для однородного поля между двумя пластинами:

\[\varphi = Ed,\]

где $d$ — расстояние от точки до пластины, принятой за нуль потенциала.

Однако важнее самого потенциала — его изменение. Разность потенциалов между двумя точками, именуемая также напряжением, равна отношению работы поля по перемещению заряда к величине этого заряда:

\[U = \varphi_1 - \varphi_2 = \frac{A}{q}.\]

Единица разности потенциалов — вольт (В). Один вольт равен такому напряжению, при котором поле совершает работу в один джоуль при перемещении заряда в один кулон: $1\ \text{В} = 1\ \text{Дж} / 1\ \text{Кл}$.

В этом простом соотношении является промысел Божий: работа, энергия и заряд соединены единой мерой, и через потенциал мы познаём, сколь велика скрытая мощь поля в каждой его точке.


Вопросы

  1. Какие поля называются потенциальными? Какими двумя свойствами они обладают?
  2. Как разность потенциалов связана с работой электростатического поля? Запишите формулу.
  3. Что необходимо выбрать перед определением потенциала в данной точке? Почему это важно?
  4. Чем различаются потенциал и напряжённость как характеристики поля? Какая из них векторная, а какая скалярная?
  5. Почему отношение $W_p / q$ не зависит от величины пробного заряда? О чём это говорит?
← Назад Вперед →
Математика — язык Бога, физика с химией — слово Его.