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電位とは

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この記事でわかること
  • 電位とは
  • 電位差とは
  • 等電位面

電位とは

電位とは0Vの基準からどれだけ高いレベル(位置)の電気が存在するかを表したものです。

電気は水に例えられることが多くあります。

水は水位の高いところから低いところに向かって流れますが、電気も同じように電位高いところから低いところに向かって流れます。

この、高さのことを電位と呼んでいます。

電位とは

電位とは電気的な高さのこと

$$ V = \frac{Q}{4 \pi ε r} [V] $$

記号:V

単位:[V] ボルト

電荷:Q [C]

距離:r [m]

誘電率:ε [F/m]

0 [V]を基準としたときプラスの電気は上に高い山のように表すことができ、マイナスの場合は下向きの山(谷)のように表すことができます。

この山や谷のある点での傾き(山の勾配)は、その点での電界[V/m]の大きさを表しています。

また、同じ電位に電荷を運ぶことを考える時、電位の傾き(電位傾度)が大きいほどたくさんエネルギー(仕事)が必要になります。

ももよし
ももよし

山登りでも勾配が急な道ほど体力をたくさん消費するのと同じだよ

この関係を式に表すと以下のようになります。

電位とエネルギー

$$ \begin{align} V &= \frac{W}{Q} \\ 電位[V] &= \frac{エネルギー[J]}{電荷[C]} \end{align} $$

電位差

2点間での電位の差のとこを電位差と呼びます。

これは、オームの法則で勉強した抵抗の両端にかかる電圧と一致するものになります。電位差=電圧 になるわけです。

点aと点bの電位をそれぞれ\(V_a\) , \(V_b\)とすると2点間の電位差\(V_{ab}\)は

$$ V_{ab} = V_a – V_b $$

となる。上図の場合、電源の電圧と電位差は等しくなる。

等電位面

電界中の電位が等しい点を結んでできる面を等電位面といいます。山に例えると等高線と同じようなものです。等電位面は、電気力線や電束と直角に交わります。

まとめ

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