電勢能是粒子的屬性,而電勢描述了整個空間的屬性。
事實上,從數(shù)學(xué)角度理解電勢的概念是最容易的。 電勢實際上描述的是一個場,即電勢場,它是標量場,而電場是矢量場。
在數(shù)學(xué)上,我們將標量場定義為
Φ=Φ(x,y,z)
Φ是場強,數(shù)學(xué)上的意思是當x、y、z唯一確定時,就有唯一確定的場強Φ。
例如,有一個標量場 Φ=x+yz
那么坐標(1,2,3)處標量場的場強為Φ=1+2-3=0
現(xiàn)在我們不妨通過電勢差的概念推導(dǎo)出電勢場的計算公式。
Uab=φb-φa
當φa=0時,φb=Uab
式中,U為電勢差,φ為電勢。
那么我們會發(fā)現(xiàn),只要找到一個點a,規(guī)定它的電勢為0,就可以得到電勢場的方程。
當然,對于一些特殊的電勢場,我們定義了所謂的a點。 例如,點電荷產(chǎn)生的電勢場在無窮遠處被認為是0。 當然,在這個規(guī)定下,所謂的a點有無窮多個。電勢能,就像 (+∞, 0, 0), (0, +∞, 0)
也就是說,凡是滿足公式r=+∞的點都可以作為a點。 但對于均勻電場下的電勢場,我們沒有規(guī)定零勢能點,需要自己規(guī)定。
現(xiàn)在我們來討論一下電勢能和電勢之間的關(guān)系。 最簡單的理解就是課本上的電勢就是平均電勢能,但是這種理解很奇怪。 而我們也可以將電勢能理解為測量電勢的工具。
就像力是測量電場強度的工具一樣,電勢能可以用作測量電勢大小的工具。
當然,這種認識也是非常片面的。 我覺得電勢可以理解為特定條件下的定律,但是這個定律是可變的,不像引力勢那么方便。 引力勢之所以方便,是因為他在讀高中。 它幾乎是物理學(xué)中普遍存在的東西(除了萬有引力)。 其運行規(guī)則始終為φ=gh,E=mgh。 此外,引力勢還貼心地為我們提供了一個非常直觀的規(guī)則。 勢能的零點是地面。
因此,在解決引力勢問題時,我們不需要考慮勢能的零點,也不需要考慮引力勢定律是否發(fā)生變化。
另一方面,對于點電荷來說,電勢是非常反人類的。 1.雖然他給出了勢能的零點,但是這個零點非常抽象電勢能,很難理解。 2、引力勢非常貼心。 它給了我們公式 φ=gh 來計算引力勢。 點電荷的電勢是多少? 我們會發(fā)現(xiàn)課本上根本沒有給出。 3.電經(jīng)常討論多種電荷的相互作用。 即使教科書給出了點電荷電勢的計算公式,但是多個點電荷產(chǎn)生的電勢場又該如何處理呢?
總結(jié):點電荷電勢的主要問題是:電勢的零點是抽象的,電勢場的大小根本無法計算。
并獲得均勻電場。 1、勢能零點根本沒有給出,需要自己定義。 2、沒有給出電勢場的計算公式,只給出了電勢差U=Ed的計算公式。 當然這個問題我在之前的回答中已經(jīng)給出了解決方案。
在上面的討論中,我們發(fā)現(xiàn)解決高中點收費的潛在問題是非常困難的。 至于均勻電場,雖然不如重力場那么方便,但還是可以解決的。
最后,從大學(xué)物理的角度,給出點電荷電勢的計算公式:φ=kq/r(無窮大為勢能零點)
相當于解決點電荷問題2。 對于問題3,我們可以通過勢場疊加原理來處理。
對于 n 個電荷,電勢 φ=φ1+φ2+…+φn
例如,兩個電荷產(chǎn)生的電勢 φ=q1k/r1+q2k/r2
當然高中的點電荷勢問題不用這套公式也能解決。 當然,你需要付出的代價是需要非常復(fù)雜的思維過程來解決相關(guān)問題。 有了這組公式,解決點電荷電勢問題就會變得相對容易一些。