Elektriksel Potansiyel ve Potansiyel Enerji (AYT Fizik)

Konu Özeti

Elektriksel potansiyel, bir noktada birim pozitif yükün sahip olduğu enerjidir ve sonsuz uzaklıkta sıfır kabul edilir. Potansiyel enerji ise yükler arasındaki etkileşimin enerjisidir ve yükleri sonsuzdan getirmek için dış kuvvetin yaptığı işe eşittir. Düzgün elektrik alanda iki nokta arasındaki potansiyel farkı alan şiddeti ve uzaklıkla hesaplanır. Bu konu AYT'de yük, alan ve enerji kavramlarını birleştiren sorularda sık çıkar.

Temel Kavramlar

Noktasal bir q yükünün çevresinde, yükten r kadar uzaktaki bir noktanın elektriksel potansiyeli aşağıdaki gibidir. Potansiyel skaler bir büyüklüktür ve işareti yükün işaretiyle aynıdır.

V = k·q / r (birim: volt, V = J/C)

İki noktasal yükten oluşan sistemin elektriksel potansiyel enerjisi, yükleri sonsuzdan bulundukları konumlara getirmek için dış kuvvetin yaptığı işe eşittir.

Ep = k·q1·q2 / r (birim: joule, J)

• Aynı işaretli yükler için Ep > 0, zıt işaretli yükler için Ep < 0 olur.
• Aynı işaretli yükler yaklaştırılırsa Ep artar; zıt işaretliler yaklaştırılırsa Ep azalır.
• Birden fazla yükün bir noktadaki potansiyeli, her yükün potansiyelinin cebirsel toplamıdır: V = V1 + V2 + ...
• Elektrik alan vektörel, potansiyel skalerdir; potansiyel toplanırken işaretler korunur.

Düzgün elektrik alanda, alan çizgileri boyunca d kadar uzaklıktaki iki nokta arasındaki potansiyel farkı şöyledir.

ΔV = E·d (E: V/m = N/C, d: alan doğrultusundaki uzaklık)

• Alan çizgileri yüksek potansiyelden alçak potansiyele doğrudur.
• Alana dik doğrultuda potansiyel değişmez; bu doğrultudaki noktalar eş potansiyel yüzeydedir.
• Eş potansiyel yüzeyde yük taşımak için iş yapılmaz: W = 0.

Bir q yükü VA potansiyelli A noktasından VB potansiyelli B noktasına taşındığında, elektriksel kuvvetin yaptığı iş ve potansiyel enerji değişimi şöyledir.

W = q·(VA − VB) = −ΔEp

ΔEp = q·ΔV = q·(VB − VA)