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單位電荷置於靜電場的某一位置所具有的位能,此一量為純量,其大小取決於電位為零的位置,因此只具有相對的意義。

在這塈畯抭q常通常選取無窮遠位置為電位為零。

因此我們定義在某一位置的電位,等於將電荷從無窮遠位置,經過任意路徑,等速率地移動到該位置所做的機械功除以電荷量

電位常用的單位為V伏特 (volt),這奡ㄗ鴠艩N路徑表示電場是保守場,和路徑無關只跟起始點和終點位置有關,因此當我們定電位在無窮遠為0時,在位置r的電位可寫為

其詳細原理介紹可參考此相關網站(連結電勢電力線分佈,影片1,影片2),我們也可容易得到在空間位置r'的點電荷q,在位置r的電位為

若電荷不為點電荷,而是具有體積分佈的情況下,可藉由疊加原理,將微小的體積單元dV之電荷密度在某一位置r所貢獻的位能積分起來

一般而言由於這是純量的積分,比起向量的積分來的簡單許多。
另外我們可將空間中所有電位相同的畫出來,形成所謂的等位線或面,而帶電質點在此面上移動不需做功,因此電場在此面上的投影分量為零,表示電力線和等位面式互為垂直的。

在普物實驗中的電力線分佈中我們是藉由量測等位線來得到電力線之分佈 (影片連結)。

在演示實驗中受歡迎的Van de Graaff generator凡得瓦爾靜電產生器(MAGNET LAB-The Van de Graaff Generator)

能產生較高的電位差,其原理主要是藉由皮帶摩擦起電的方式將電荷帶至上方的金屬球,當電荷累積越多時電位也隨之越高,因此凡得瓦爾球所能產生電壓之高低取決於金屬球半徑之大小,通常示範實驗用的約略能產生20~30萬伏特,而在實驗室中用於加速帶電粒子的靜電產生器可達數百萬伏特。

因此我們可在示範影片(影片連結 12)中見到觸摸凡得瓦爾球的人其毛髮豎立,或者至於其上的金屬球跳動的現象,此外由於在此電壓下空氣的絕緣容易崩潰掉,接近此球容易產生放電,並伴隨著閃光(連結1)。

 

相關連結


1.維基百科:電勢凡得瓦爾靜電產生器

2.普物實驗室:電力線分佈實驗凡得瓦爾球

3.師大物理教學示範實驗教室:影片連結

4.交大靜電教學實驗:影片1