バネ力や重力などの力に逆らって物体をある点から別の点に動かすなど、外力が働くと、その仕事が蓄積され、物体の位置エネルギーとして保存されます。外力が取り除かれると、体は動き、運動エネルギーと位置エネルギーを同じ割合で増減します。その結果、運動エネルギーと位置エネルギーの両方が保存されます。保守派は、このカテゴリに該当する人々です。これらの力には、ばね力と重力が含まれます。
等電位面 – 定義
「等電位」という用語は、「等しい」と「可能性」という言葉に由来しています。等電位面は、全体を通して同じ電位値を持つ面です。同じ潜在的な値を持つ空間内のすべてのポイントの位置として定義できます。領域内の等電位面を電界で接続できます。
すべての点で同じ電位を持つ表面は、等電位面と呼ばれるからです。その結果、等電位面を横切ってある点から別の点に電荷を移動するのに必要な仕事はゼロになります。等電位点は、電界と同じ大きさの電位を持つ空間内のすべての点です。
これらの点が曲線または線で結ばれている場合、これは等電位線と呼ばれ、これらの点が特定の面上にある場合、これは等電位面と呼ばれます。
等電位面作業完了
電位は等電位面のすべての場所で同じであるため、2 つのスポット間で電荷を輸送するのに必要な労力はゼロです。点電荷が、電位 VA の点 A から電位 VB の点 B に転送される場合、電荷を輸送する際に行われる仕事は、
W=q0 (VA – VB)
VA のポテンシャル =VB であるため、完了した作業の合計は W=0 です。
プロパティ
等電位面の特徴は次のとおりです:
- 電場は、等電位面に対して常に垂直です。
- 2 つの等電位面が出会うことはありません。
- 等電位面は点電荷の同心球殻です。
- 電場方向に垂直な面は、均一な電場内の等電位面です。
- 等電位面は、均一な電場で x 軸に垂直な面です。
- 中空帯電球状導体内の電位は一定のままです。これは、等電位ボリュームと考えることができます。点電荷を中心から表面に移動するのに労力は必要ありません。
- 等電位面は高電位から低電位に移動します。
- 孤立した電荷の等電位面は球です。これは、同心球に変換されます。
- これは、電荷の周りに同心円状に異なる等電位面が存在することを示しています。
- 等電位面の間の空間を調べることで、電界の強い場所と弱い場所を特定できます。
等電位面式
いずれの場合も、等電位線は電気力線に垂直です。
W =qV
W =Fd cos / qEd cos =0
上記の式で、E と F はそれぞれ電場の強さと力の大きさを表すことに注意してください。
電場と等電位面
電気力線は、すべての点で等電位面に垂直であることがわかっています。等電位面に平行な方向の電位勾配はゼロなので、E=–dV/dr=0.
等電位面に平行な電界成分はゼロです。このように考えることもできます:電場の方向が等電位面に対して垂直でない場合、その表面に沿って非ゼロ成分を持つことになります。
これは単体試験電荷を電場成分と逆方向に動かすのに手間がかかることを示しています。ただし、これは、等電位面を横切ってテスト電荷を移動するのに労力が必要ないという事実と矛盾します。その結果、すべての場所で、電場は等電位面に対して垂直になるはずです。
結論
等電位面は、全体を通して同じ電位値を持つ面です。すべての点で同じ電位を持つ表面は、等電位面と呼ばれるからです。その結果、等電位面を横切ってある点から別の点に電荷を移動するのに必要な仕事はゼロになります。電位は等電位面のすべての場所で同じであるため、2 つのスポット間で電荷を輸送するのに必要な労力はゼロです。電場は常に等電位面に対して垂直です。電場方向に垂直な任意の平面は、均一電場内の等電位面です。孤立した電荷の等電位面は球です。等電位面に平行な方向の電位勾配はゼロなので、E=dV/dr=0.
