Thực tế, điện áp là một phép đo sự khác biệt giữa hai điểm. Bạn chỉ có thể nghĩ về nó theo cách này, và là một kỹ sư rất giỏi. Đo sự khác biệt giữa hai điểm là dễ dàng với một vôn kế, như bạn không nghi ngờ gì. Điều này bạn đang đo thường được gọi là điện áp nhưng được gọi đúng hơn là sự khác biệt tiềm năng điện .
Nhưng, có một thứ có thể đo bằng vôn chỉ được xác định tại một điểm và đó là điện thế điện trường . Để hiểu nó, bạn phải thoát khỏi lĩnh vực kỹ thuật, và nhập vào lĩnh vực vật lý (không có ý định chơi chữ).
Giả sử bạn có electron (điện tích âm) và proton (điện tích dương). Đương nhiên, hai thứ này sẽ thu hút, và (theo như tôi hiểu thì tôi không phải là nhà vật lý!) Đây là thứ giữ cho các electron dính vào hạt nhân nguyên tử của chúng.
Nhưng, nếu bạn có thể kéo hai cái này ra xa nhau, bạn sẽ có một trường giữa chúng. Bạn có thể hình dung nó như thế này:
( nguồn hình ảnh )
Những đường này đại diện cho lực (trong trường hợp của chúng ta, lực điện động ) sẽ được trải qua một điện tích, là nó có trong trường này. Đó là, nếu bạn là một điện tích cực kỳ nhỏ trong bức tranh đó, bạn sẽ cảm thấy một lực đẩy bạn theo hướng mũi tên. Bạn có thể nghĩ về proton như phun ra một chất lỏng vô hình và electron hút nó vào. Chất lỏng vô hình này tác dụng lên các điện tích khác như gió.
Đây là một cách khác để hình dung cùng một lĩnh vực. Proton là một ngọn núi và electron là một thung lũng:
( nguồn hình ảnh )
Nếu bạn là một quả bóng trên sân này, lực hấp dẫn sẽ tác động lên bạn và bạn sẽ lăn xuống dốc. Ngoại trừ, đây không phải là trường trọng lực, vì vậy "quả bóng" của chúng ta được làm bằng "điện tích", không phải khối lượng. Tất nhiên, nếu bạn thêm bất kỳ khoản phí nào cho bức ảnh này, trường sẽ thay đổi. Điều này cũng đúng với các trường trọng lực, ngoại trừ Trái đất có khối lượng lớn hơn nhiều so với quả bóng bạn tưởng tượng rằng hiệu ứng của nó là không đáng kể. Vì vậy, hãy tưởng tượng rằng quả bóng điện tích của bạn lăn xung quanh trong lĩnh vực này là vô hạn.
Bây giờ một điều bạn sẽ nhận thấy về lĩnh vực này: khi chúng tôi mở rộng nó ra vô cùng, nó trở nên phẳng. Tiềm năng điện trường tại nơi vô cùng xa xôi này là0 V, theo định nghĩa.
Nếu chúng ta muốn đặt một quả bóng trên núi từ rất xa, chúng ta sẽ phải làm việc . Bao nhiêu? Chà, điều này phụ thuộc vào hai điều: chúng ta muốn đẩy nó cao đến mức nào, và quả bóng to cỡ nào. Một quả bóng lớn mất nhiều công việc hơn. Đẩy nó lên cao hơn làm việc nhiều hơn.
Một cách để xác định volt là joules (năng lượng, công việc) trên mỗi coulomb (điện tích):
V= =JC
Vì vậy, bạn có thể nghĩ về nó theo cách này: nếu bạn có một quả bóng tích điện lớn bằng 1 coulomb và bạn đã làm 1 joule công việc đẩy nó lên cao, bạn cao một volt. Hoặc, nếu bạn có một quả cầu điện tích 1 coulomb, và bạn để nó lăn xuống điện tử, và dừng nó lại sau 1 joule công việc đã hoàn thành, bạn đang ở mức -1 volt. Nếu quả bóng của bạn lớn 2 coulomb, thì công việc sẽ tăng gấp đôi, nhưng nó vẫn chỉ là 1 volt.
Do đó, bạn có thể chọn bất kỳ điểm nào trong lĩnh vực này và có được tiềm năng điện của nó. Đó là bao nhiêu công việc có thể được thực hiện, hoặc đã được thực hiện, trên mỗi đơn vị phí, đến đó từ rất xa. Với sự tương tự đồi và thung lũng của chúng tôi, tiềm năng điện tương tự như độ cao.
Khi bạn dán đầu dò vào hai điểm, bạn sẽ đặt câu hỏi:
Nếu tôi để một quả bóng điện tích là 1 coulomb lăn lớn giữa các điểm này, thì có bao nhiêu joules công việc sẽ được thực hiện trên nó?
Tất nhiên, chúng ta không thể đi quá xa khỏi mọi điện tích trong vũ trụ, vì vậy chúng ta thực sự không thể đo được điện thế điện trường trực tiếp bằng một vạn năng. Chúng tôi chỉ có thể đo sự khác biệt tiềm năng điện. Nhưng, chúng ta có thể tính toán tiềm năng điện trường, nếu chúng ta biết các điện tích trong một hệ thống ở đâu.
Vì chúng ta không cách xa tất cả các điện tích trong vũ trụ, nên có một số tiềm năng điện trường ở khắp mọi nơi. Nhưng, chúng ta không thể làm việc với tiềm năng; chúng ta cần một sự khác biệt . Bạn không thể thực hiện bất kỳ công việc nào với một quả bóng trên núi trừ khi bạn có thể lăn nó ra.