Что такое разность потенциалов?

[rar]

Доступным языком не могли бы объяснить, что такое разность потенциалов $U$? И что означает: ускоренный разностью потенциалов?

[gris]

немного некорректный, но наглядный пример.
Рассмотрим два сосуда с водой, соединённые трубкой. Уровень воды в каждом сосуде будем считать потенциалом. При равных уровнях вода по трубке течь не будет. Не имеет значения на какой высоте находятся сосуды, важна лишь разность уровней. Чем больше разность уровней, тем больше скорость течения воды по трубке.

[ewert]

Неудачная аналогия. там речь шла об ускорении, а в трубке -- о скорости, что требует привлечения вязкости и лишь затуманивает вопрос.

Ответить на который, как мне кажется, можно лишь одним способом -- сославшись на официальное определение потенциальной энергии как работы, совершаемой внешним полем. Потенциала же -- как потенциальной энергии, делённой на нечто (массу там или заряд).

[gris]

Я же говорю - некорректный. Просто скорость воды можно считать "ускорением". Интересно, что при обычных условиях при поддержании разности уровней скорость воды в однородной трубке будет постоянной, а на воле вода в струе будет двигаться с ускорением, что приведёт к утончению струи

[rar]

Спасибо.

[Dmitriy34]

Что бы понять, что такое разность потенциалов, нужно понять принцип работы динамомашины. Упрощенно объясню так: из школьного курса мы знаем, что если провести проводник между магнитами, то в нем образуется ток электронов, т.е. магнитное поле как бы смещает электроны в проводнике. При этом на место смещенных электронов тут же " втекают" электроны из цепи в которую замкнут проводник ( кстати это служит объяснением почему только в замкнутой цепи есть ток), если задаться вопросом почему электроны "втекают" на место отодвинутых магнитным полем, то ответом послужит всем известное правило,что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Т.е. в проводнике образуются участки: положительно заряженный ( откуда магнитное поле "вытолкнуло" электроны), нейтральный ( куда электроны "втолкнулись") и отрицательный (участок куда были "вымещены" электроны) на этом участке создается избыточный отрицательный заряд, который смещает с орбит электроны которые "покоились" в нейтрально заряженных атомах проводника. Представьте себе это как волну на воде, которая имеет пик высоты, пик впадины и нейтральное положение в центре. Причем эта "волна" непрерывно создается вращающимися магнитами, где постоянно меняются плюс и минус (минус "вытесняет" электроны, плюс " заталкивает") т.е. в проводнике образуется ток вызванный сменой магнитных полюсов динамомашины. Так вот, разность потенциалов это разность между отрицательно заряженным участком проводника и положительно заряженным, как разность у волны между ее пиком высоты и впадиной. Но это примитивное и сверх упрощенное примерное описание, в реальности все гораздо сложнее. А ускоренный разностью потенциалов это соответственно как серфер (электрон) на волне, чем волна круче (разность потенциалов больше) тем серфер быстрее плывет.

[rustot]

На заряд действует сила, перемещая заряд между точками a и b она может совершить над зарядом механическую работу $А = \int_a^b \vec{F} d\vec{r}$. Но если сила действует так, что по любой трассе между этими точками работа оказывается одинаковой, то ее удобно сразу предпосчитать для всех точек и выразить в виде чисел $U_a$, $U_b$ и впредь такими сложными вычислениями не заниматься, а находить работу просто как арифметическую разность $A = U_a-U_b$. Поскольку сила и работа пропорциональны величине заряда то еще удобнее записать эти числа не для конкретного заряда, а для единичного, поделив на $q$ заряда для которого расчет был произведен. Тогда для любого заряда величиной $q$ совершаемая над ним работа равна $A = q (U_a-U_b)$. Вот это вот $U_a-U_b$ и есть разность потенциалов.

А "ускоренный разностью потенциалов" следует понимать как "ускоренный силой, которая выражена через потенциалы". Если заряд ускорен разностью потенциалов $U$ значит над ним совершена силами работа $q U$ и его кинетическая энергия приросла на эту величину

Если же работа сил над зарядом зависит от трассы, а не только от положения начальной и конечной точек пути, то понятия потенциалов и разности потенциалов неприменимы, придется считать заново для каждой трассы. Посчитанную для конкретной трассы работу можно тоже поделить на величину заряда и получить величину той же размерности что и разность потенциалов, но называется она уже более обще - эдс, но ни в коем случае не разностью потенциалов. Допустим изменяющееся магнитное поле совершает работу над зарядами в кольцевом проводнике. Она может быть выражена в виде эдс 10 вольт при перемещении на полный круг, но потенциалов отдельным точкам проводника у вас назначить не получится

Аналогом потенциала для силы тяжести будет величина $g h$. Точно так же чтобы посчитать работу силы тяжести над камнем, упавшим с высоты $h_1$ до высоты $h_2$ мы считаем $A=m (g h_1 - g h_2)$. В скобках аналог разности потенциалов, за скобками масса - аналог заряда

ps. пардон, не заметил что это некрофилия :)