Villamos tér, feszültség

Villamos térről akkor beszélünk, ha a térbe helyezett villamos töltésre F erő hat. Ezt az F erőt egy Q egységnyi töltésre vetítve, az egységnyi töltésre ható erőt villamos térnek, villamos térerősségnek nevezzük. Jele: E.

E= \frac{F}{Q} \text{, ahol E: villamos tér, F: erő, Q: töltés}

Egy E villamost térbe helyezett Q töltésre F=Q*E erő hat. Az erő és az villamos tér is vektormennyiségek, tehát nem csak nagyságuk, hanem irányuk is van.

Ha az E villamos tér hatására egy Q töltés elmozdul, akkor a tér W munkát végez. Fentebb leírtam, a töltésre ható erő egyenesen arányos a töltés nagyságával, tehát a villamos tér töltésen végzett munkája is arányos a töltés nagyságával.

W=F*h \text{, ahol W: munka, F: erő, h: elmozdulás}

Egy Q töltést helyezzünk egy E villamos térbe és nézzük meg, hogyan viselkedik!

A Q töltésre ható erő:

F= Q*E

Az E villamos tér hatására A-ból B-be eljutó Q töltésen elvégzett W_AB munka független az A és B pontok között megtett l₁ és l₂ útvonaltól, csak a térerő irányába eső elmozdulástól, azaz a h-tól függ.

W_{AB}= F * h = Q * E  * h

Ha a W_AB munkát egységnyi töltésre vonatkoztatjuk, azaz elosztjuk Q-val, akkor E*h marad. Ez az egységnyi töltésre eső munkát jelenti és feszültségnek nevezzük és U_AB-vel jelöljük.

U_{AB}=E*h=\frac{F}{Q}*h=\frac{F*h}{Q}=\frac{W_{AB}}{Q}

Ezek alapján az E villamos tér által végzett munka:

W_{AB}=F*h=Q*E*h=Q*U_{AB} \text{, általános alakban: } W=Q*U

Villamos potenciál

A villamos térben egy adott vonatkoztatási ponthoz viszonyított feszültséget villamos potenciálnak nevezzük. Ezek alapján az U feszültség két pont közötti potenciálkülönbségként is definiálható. Egy elektromos hálózatban a feszültségek vizsgálatához érdemes egy vonatkoztatási pontot választani. Ezt sok esetben földpontnak hívják, az áramkörben ezután minden feszültséget ehhez mérnek.

Villamos feszültség

Azt a mennyiséget, amely az elektromos mezőt munkavégzés szempontjából jellemzi, feszültségnek nevezzük. A feszültség megmutatja, hogy mennyi munkát végez az elektromos mező, miközben 1 C töltést a mező egyik pontjából a másikba áramoltat.