Elektrik Potansiyeli Nedir?

Kürenin elektrik potansiyeli, elektrik alan ve potansiyel enerji hakkında bilgi verir. Ayrıca yükün nasıl hareket edeceğini öğrenmemizi sağlar. Bu nedenle bilim adamları kürenin elektrik potansiyeline önem vermektedir.

Elektrik potansiyeli ile elektrik yükü aynı şey değildir. Skaler bir büyüklük olan elektrik potansiyeli, bir elektriksel alanda bulunan rastgele bir noktadaki birim elektriksel yük başına düşen elektrik potansiyel enerjisi iken elektrik yükü ise elektrik yüklü olan iki maddenin birbirine yaklaştıkları anda ortaya çıkan kuvvetten etki görmesini sağlayan fiziksel bir özelliktir.

Skaler çarpım, vektör uzayında tanımlanan temel işlemlerdendir. Elektrik potansiyeli, skaler bir büyüklük olup skaler çarpım ile tanımlanır.

Elektrik potansiyeli, uzay-zaman dönüşümü içinde değişmeyen yani vektör gibi belirli bir yönü olmayan bir nicelik olduğu için skalerdir. Elektrik potansiyelinin skaler olması, işlemleri ve üzerinde çalışmayı kolaylaştırır.

Elektrik potansiyeli hesaplanırken magnetic vektör oldukça önemlidir. Manyetik vektör, manyetik alan için potansiyel olarak hizmet veren bir vektör alanıdır. Manyetik alan ise bir mıknatısın, mıknatıs olma özelliğini sergilediği alandır. Yüklü bir parçacık, manyetik vektöre paralel doğrultuda hareket ederken ona etki eden manyetik kuvvet sıfıra eşit olur. Bu da skaler bir büyüklük olan elektrik potansiyelinin hesaplanmasını kolaylaştırır.

Dört vektör, Lorentz Dönüşümü altında, Lorentz grubunun bir temsil uzayı olarak kabul edilen dört boyutlu vektör uzayının ögesidir. Manyetik vektör ve elektrik potansiyeli, dört vektörde birleşir.

Elektrik potansiyeli sıfır olabilir. Orta noktaya eşit uzaklıkta olan iki yükün, uzaklıkları eşit olsa da işaretleri zıttır. İşaretlerinin zıt olması, her birinin elektrik potansiyellerinin büyüklüğünün aynı olduğu gerçeğini değiştirmez. Eşit uzaklık ve zıt işaret durumundan dolayı elektrik potansiyeli sıfır olur.

Zıt işarete sahip olan yükler eşit uzaklıkta sıfır sonucunu verir. Bu nedenle elektrik potansiyeli, zıt işaretteki yüklerin orta noktaya eşit uzaklığa getirilmesiyle birlikte sıfırlanabilir.

Artı yüke yaklaştıkça elektrik potansiyeli artar. Artı yük, pozitif yük anlamına gelmektedir. Artı yük arttıkça “Q” artacağı için elektrik potansiyeli pozitif yüke yaklaştıkça artar. Burada Q elektrik yükünü temsil eder.

Elektriksel potansiyel enerji, bir elektriksel yükün, elektriksel alan içindeki mevcut konumuna göre depo yaptığı potansiyel enerji çeşididir. Elektriksel potansiyel enerji, iki zıt yük arasındaki mesafe arttıkça buna bağlı olarak artar.

Elektriksel kuvvetin iş yapması bir cismin üzerine elektriksel kuvvet etki etmesi demektir. Elektriksel kuvvet, elektrik yükleri zıt işaretli ise birbirine doğru yaklaştırıldığı zaman iş yapar.

Elektrik potansiyeli elektrostatikte, elektriksel alana alternatif sağlamaktadır. Bu nedenle fizik biliminde elektrik potansiyeli oldukça önemlidir.

Elektrik potansiyeli ile elektriksel potansiyel enerji arasındaki bağlantı şu şekildedir:

Elektriksel alanda bir noktadaki elektrik potansiyeli, birim pozitif yükü sonsuzdan o noktaya getirmek için yapılan iş miktarı iken elektrik potansiyel enerjisi gerekli olan enerjidir. Elektrik potansiyeli ya da elektrostatik potansiyel, bir elektriksel alanda bulunan herhangi bir noktadaki birim elektriksel yük başına düşen elektrik potansiyel enerjisidir. Yani elektriksel potansiyel enerji, elektrik potansiyelini kapsar.

Herhangi iki yüklü cisim arasındaki itme ya da çekme etkileşimine elektriksel kuvvet denir. Herhangi bir kuvvete benzer şekilde, belirli bir cisim üzerindeki etkisi ve etkileri Newton'un hareket yasalarıyla tanımlanır. Elektrik kuvveti, nesneler üzerinde uygulanan diğer kuvvetlerin listesi arasındadır.

Yüklü veya yüksüz cisimlerin olduğu yerde elektrik potansiyeli vardır. A ve B herhangi iki hareket noktası olmak üzere birim yük A’dan B’ye hareket ettiğinde elektrik potansiyeli oluşur.

Enerji, sistemin iş yapma kapasitesidir. Bu nedenle elektrik potansiyeli, enerjidir.

Elektrik alanı elektriksel yükü ya da manyetik alanı çevreleyen bir niceliktir. Elektrik alanı ve elektrik potansiyeli arasında ilişki oldukça nettir. Hesaplama yaparken herhangi bir yük dağılımı için birinin bilinmesi, diğerinin de hesaplanmasını sağlar. Bir doğrultuda elektrik alan yok ise, ilgili doğrultu üzerinde elektrik potansiyeli sabit kalır yani değişmez.

Nokta yük, bir nesnenin tüm elektrik yükünün o nesnedeki merkezde toplanmasıdır. Nokta yüklerin elektrik potansiyeli ise; noktasal Q yükünün oluşturduğu elektriksel alandaki A noktasında oluşan elektriksel potansiyel enerjiye denir.

Elektrik potansiyelde voltaj vardır. Herhangi bir yükü, bir yerden başka bir yere götürmek için gereken dış iş voltajdır. Yüklü veya yüksüz cisimlerin olduğu yerde elektrik potansiyeli vardır. Elektrik potansiyeli farkı voltajdır.

Elektrik potansiyeli, bir noktayı referans alarak bir yükü diğer bir noktaya taşımak için gerekli olan işi hesaplayarak rastgele bir noktada bulunur. Farklı durumlardaki elektrik potansiyeli hesaplaması ise aşağıdaki gibidir:

• Tek bir nokta yükten dolayı elektrik potansiyel: V= q/4πε₀r
• Nokta yükler yığınından dolayı elektrik potansiyel: V= q/4πε₀r ∑ q_i/r_i
• Sürekli yük dağılımından dolayı elektrik potansiyel: V= q/4πε0r ∫dq/r

Elektrik potansiyeli vektörel değil skaler bir büyüklüktür. Vektörel güç, reaktif ve aktif gücün toplamının kareköküdür. Büyüklüğü, başlangıç noktası, yönü ve doğrultusu ile bilinebilen niceliklere vektörel denir.

Elektriksel potansiyel enerjinin, elektrik birimi Joule’dür. Joule, Uluslararası Birim Sistemi'nde (SI) enerji, iş veya ısı miktarından türetilmiş bir ölçü birimidir. Bir metre üzerinden bir newton’luk kuvvet uygulanarak harcanan enerjiye veya bir saniye içinde bir ohm’luk bir direnç üzerinden geçen bir amperlik akımına eşittir.

Elektrik alan şiddeti, bir elektrik yükün birim elektrik yük üzerindeki kuvvetidir. Simgesi E ve elektrik alan şiddet birimi de volt/m’dir. Elektrik alanı, elektrik yüklerinin yanı sıra boşlukta elektromanyetik dalganın bir ürünü olarak da ortaya çıkar.

Elektrik potansiyel farkı, farklı yüklere sahip noktalar arasındaki potansiyel enerjidir.

• Negatif yükten pozitif yüke elektron akarken potansiyel fark oluşur.
• Suyun elektrolizi sırasında potansiyel fark oluşur.
• Elektroliz sırasında elektrik potansiyel farkı oluşur.

Potansiyel enerji, cisimlerin bulunduğu fiziksel olaylardan biriktirdiği enerjidir. Elektrik potansiyeli, birim yük başına düşen potansiyel enerjinin bir ölçüsüdür.

Elektriksel enerji yoğunluğu, bir sistemde birim hacim başına düşen toplam enerji miktarıdır. Ayrıca elektrik potansiyel de herhangi bir noktadaki birim elektriksel yük başına düşen elektrik potansiyel enerjidir. Yani iki kavram da birim başına düşen elektriksel yük ve enerji ile ilgilidir.

Elektrostatik potansiyel, birim elektriksel yük (+1 C) başına düşen enerjidir. Elektrik yükü veya elektriksel yük, bir maddenin elektrik yüklü diğer bir maddeyle yakınlaştığı zaman meydana gelen kuvvetten etkilenmesine sebep olan fiziksel özelliktir. Elektrostatik potansiyel ayrıca elektrik alan potansiyeli olarak da bilinir, elektrik potansiyeli veya potansiyel düşüş olarak tanımlanır.