Sähkövirta muodostuu, kun kaksi varautunutta hiukkasta tuodaan lähelle toisiaan. Käytetyistä varauksista riippuen virran kulku kuvataan.
Sähkövirtaa voidaan mitata erilaisilla mittauksilla ja yksiköillä. Nämä yksiköt ja mittaukset on määritelty ja muotoiltu sellaisiksi, jotka auttavat määrittämään sähkövirran arvon. Kaksi niistä on sähkökenttä ja sähköpotentiaali.
Sähkökenttä vs sähköpotentiaali
Ero sähkökentän ja sähköpotentiaalin välillä on, että sähkökenttä on voima, jonka varaus kohdistaa ympäristöönsä, kun taas sähköpotentiaali on sähkökentän mitta.
Sähkökenttä on varautuneiden hiukkasten kohdistaman voiman mitta. Jokaisella varautuneella hiukkasella on oma sähkökenttä, joka pienenee, kun hiukkasen ja voiman mittauspisteen välinen etäisyys kasvaa.
Toisaalta sähköpotentiaali on hiukkasen sähkökentän mitta. Myös sähköpotentiaali pienenee etäisyyden kasvaessa. Mittayksikkö on voltti.
Sähkökentän ja sähköpotentiaalin vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Sähkökenttä | Sähköinen potentiaali |
| Määritelmä | Voiman määrä latausta kohti | Energian määrä latausta kohti |
| Suuruus | Vektorisuure | Skalaarimäärä |
| Yksiköt | Newton per coulomb | Volt |
| Mittaus | Varautuneiden hiukkasten ympäristöön kohdistaman voiman mitta | Sähkökentän mitta |
| Jatkuvuus | Ei ole aina jatkuvaa, mutta ei koskaan ääretöntä | On aina jatkuvaa |
| Suhde etäisyyteen | Vähenee etäisyyden kasvaessa | Pienenee etäisyyden neliön kasvaessa |
Sähkökenttä on varautuneen hiukkasen ympäristöön kohdistama voima. Se pienenee etäisyyden kasvaessa. Tämä johtuu siitä, että kauempana, piste on varautuneesta hiukkasesta, pienempi voima on. Käytetty voima voi olla positiivinen tai negatiivinen riippuen hiukkasen varauksesta.
Sähkökentän laskentakaava on yleensä
E=F/q tai E=Kq/r^2
Missä,
Kaavasta saamme sähkökentän yksiköksi Newton per Coulomb (N/C) ja sähkökentän SI-yksikkö on voltti per metri (V/m). yksikön mukaan voimme myös määritellä sähkökentän voimaksi, joka kohdistuu yksikkövarausta kohti.
Sähkökenttää kuvataan myös fyysiseksi kenttään tai alueena jokaisen varautuneen hiukkasen ympärillä ja se mittaa alueen, johon voima kohdistuu. Varautunut hiukkanen kohdistaa hylkivän tai houkuttelevan voiman muihin lähellä oleviin varautuneisiin hiukkasiin.
Tämä on vektorisuure.
Sähköpotentiaali on sähkökentän mitta, joka syntyy, kun varaus siirretään pisteestä toiseen. Sitä kuvataan myös energiaksi tai työksi, joka tehdään yksikkövarauksen siirtämiseksi äärettömyydestä sähkökentän pisteeseen, kun hiukkasen kiihtyvyys on nolla.
Sähköpotentiaalin kaava on
V=W/Q tai V=Kq/r
Missä,
Kaavasta voidaan johtaa sähköpotentiaalin yksikkö jouleina kulonia kohti (J/C), mutta sähköpotentiaalin SI-yksikkö on voltti (V). Yksiköistä voimme määritellä sähköpotentiaalin energiaksi tai työksi yksikkövarausta kohti.
Sähköpotentiaalin kaava muuttuu muutoksella, kuten varautunut hiukkanen ja kiinteän aineen muoto, jolle potentiaali on määritettävä.
Ero sähkökentän ja sähköpotentiaalin välillä
- Suurin ero sähkökentän ja sähköpotentiaalin välillä on määritelmässä. Sähkökenttä on voima, joka kohdistetaan varattua hiukkasta kohti, kun taas sähköpotentiaali on varattua hiukkasta kohti tehty energia tai työ.
- Koska sähkökenttä riippuu käytetyn voiman suunnasta, se on vektorisuure. Mutta näin ei ole sähköpotentiaalissa, koska se on riippumaton varautuneen hiukkasen suunnasta tai voimasta ja pysyy skalaarisuurena.
- Näiden kahden mittauksen laskentakaava on erilainen, joten myös näiden kahden SI-yksiköissä on ero. Sähkökentän SI-yksikkö on volttia metriä kohti tai V/m, kun taas sähköpotentiaalin SI-yksikkö on voltti tai yksinkertaisesti V.
- Kuten määritelmät ehdottavat, sähkökenttä mittaa voimaa, joka kohdistuu varautuneeseen hiukkaseen. Sähköpotentiaali mittaa sähkökenttää varattua hiukkasta kohti tai tehtyä työtä (tai käytettyä energiaa).
- Sähköpotentiaali on aina jatkuva funktio, kun taas sähkökenttä ei ole jatkuva funktio. Se vaihtelee alueittain tai pisteestä toiseen, koska se riippuu myös hiukkasesta, johon voima kohdistetaan. Mutta arvo ei koskaan taipu äärettömyyteen.
- Kun kohdistettu voima pienenee varautuneiden hiukkasten tai pisteen ja varautuneen hiukkasen välisen etäisyyden kasvaessa, sähkökenttä on kääntäen verrannollinen etäisyyteen. Toisaalta sähköpotentiaali on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön (etäisyys on alku- ja loppupisteen välinen etäisyys).
Johtopäätös
Sähkövirta on tuttu termi kaikille sähkölaitteita käyttäville. Tällä generoidulla virralla on monia sovelluksia ja monia muita sen analysointiin ja arviointiin liittyviä termejä, teorioita ja kaavoja.
Jokaisen varautuneen hiukkasen ympärillä on voimakenttä, joka kohdistaa veto- tai hylkimisvoiman ympäröiviin hiukkasiin. Tätä kenttää kutsutaan sähkökenttään.
Sähköpotentiaali on työtä tai energiaa, joka tarvitaan yksikkövarauksen saattamiseksi äärettömyydestä sähkökentän pisteeseen ilman kiihtyvyyttä. Toisin sanoen sitä voidaan pitää myös sähkökentän mittana varausyksikköä kohti.
Sähköpotentiaali mittaa vain ilman kiihdytystä tehtyä työtä. Tämä ei vaadi varauksen suuntaa ja on siksi skalaarisuure. Sähkökenttä taas riippuu kohdistuvan voiman suunnasta ja varautuneen hiukkasen suuruudesta. Se on siis vektorisuure.
