等電位面とは

等電位面は、表面上で同じ電位を持つ空間内の接触点です。等電位とは、電荷が等電位面のすべての点で同じポテンシャル エネルギーを持つことを意味します。

単一の電荷 q の場合、ポテンシャルは次の式で与えられます。

どこ

q =ポイントチャージ

r =接続レイヤー間の距離

εo=電気定数

これは、r が変化しないときは常に V が存在することを示しています。したがって、同じ単一点充電ポイントは、円形に焦点を合わせた充電回路です。

現在、単一電力充電器 q は、q が正か負かに応じて、制御で開始または終了する放射状の線です。明らかに、その点を超える等電位領域では、すべての領域の電界が共通です。これは一般的に真実です。どのような電荷構成でも、点を通る等電位位置はその時点の電場で一般的です。この声明の証拠は簡単です。フィールドが等電位領域で不慣れな場合、その領域にはゼロ以外の部分があります。しかし、これは等電位の同等の定義と矛盾します。上記の 2 つのポイントのいずれも区別できず、テスト ペイアウトを上に移動する関数は必要ありません。したがって、電界はすべての点で等電位領域で正常でなければなりません。同等の位置は、充電構成近くの電気力線の画像に加えて、別の視覚的画像を提供します。

同じ電場 E、つまり x 軸の近くでは、方程式は x 軸上の法線平面、つまり y-z 平面に整列する平面になります。 (a) 双極子と (b) 平衡の等価図を下の図に示します。

等電位線

電場全体の点が同じ電位を持つ場合、それらは等電位点として知られています。これらの点が直線または曲線で結ばれている場合、それは等電位線として知られています。

等電位面で行われた作業

等電位での 2 点間のエネルギー移動で行われる仕事はゼロです。したがって、W =0

等電位面の特性

• 電気エネルギーの量は表面全体で同じです
• 電界は電界基準に向けられています
• 2 つの等電位領域が一致しません
• 空の帯電した電荷伝導体の内部電力は変化していません。これは等電位ボリュームと見なされます
• 一点突撃の場合、等しい面積は円形の位置にあります
• 等電位領域間のスペースにより、電界の強い領域と弱い領域を見ることができます

等電位面の概念に基づく問題

問題 1:電荷 Q を 2 つのオブジェクトに分割する必要があります。オブジェクト間の力が最大になるように、オブジェクトの電荷の値はどうあるべきですか?

解決策:

1 つのオブジェクトが電荷 q を受け取り、もう 1 つのオブジェクトが Q − q を受け取ったとします。オブジェクト間の力は

ここで、d はそれらの間の分離です。 F が最大になるための量

y=q(Q-q)=Qq-q2

最大にする必要があります。

dy/dq =0 または Q − 2q =0 または q=Q/2.

したがって、料金は 2 つのオブジェクトに均等に分割する必要があります。

問題 2:回路では、10 C の充電が所定の時間内にバッテリーを通過します。バッテリーのプレートは 12 V の電位差に維持されます。バッテリーはどのくらいの仕事をしますか?

解決策:

定義により、電位差 V を通して電荷 q を輸送するために行われる仕事は qV です。したがって、バッテリーによって行われる仕事

=10 C * 12 V =120 J.

問題 3:HCl 分子の双極子モーメントは 3.4 × 10–30 Cm です。双極子を形成するために 2 つの原子に等しい反対の電荷があると仮定すると、この電荷の大きさは?

HCl の 2 つの原子間の距離は 1.0 × 10 –10 m です。

解決策:

2 つの原子の電荷が q, − q, の場合

q(1.0 × 10–30 m) =3.4 × 10–30 cm

q =3.4 × 10–20 C.

結論

• 等電位面は、すべて同じ電位にある空間内の点の集まりです。
• 等電位線は、等電位面の 2 次元表現です。
• 等電位領域は電気力線に対して垂直のままです
• 等電位平衡に対応する電場の部分はゼロです。この場合、力は変化しません。したがって、電場は各領域の等電位面に垂直です