ศักย์ไฟฟ้า

ศักย์ไฟฟ้า (อังกฤษ: Electric Potential) ในทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิก ศักย์ทางไฟฟ้า (ปริมาณสเกลาร์แสดงโดย Φ, Φ_E หรือ V และ ยังถูกเรียกว่า ศักย์สนามไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้าสถิต) ที่จุดหนึ่งของที่ว่างคือปริมาณของพลังงานไฟฟ้าที่มีศักยภาพที่ที่ซึ่งมีประจุไฟฟ้ามารวมกันที่จุดนั้น

ความต่างศักย์ไฟฟ้าจะหมายถึงความแตกต่างของจุดใดๆหรือวัตถุใดๆที่มีศักย์ไฟฟ้าแตกต่างกันทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลตามกฎของโอห์ม

ศักย์ไฟฟ้าที่จุดหนึ่งๆมีค่าเท่ากับพลังงานศักย์ไฟฟ้า(วัดเป็นจูล)ของอนุภาคใดๆที่ถูกประจุที่ตำแหน่งนั้นๆ หารด้วยประจุ(วัดเป็นคูลอมบ์)ของอนุภาค เนื่องจากประจุของอนุภาคที่ถูกทดสอบได้ถูกแบ่งออกไป ศักย์ไฟฟ้าจึงเป็น "คุณลักษณะ" ที่เกี่ยวข้องเฉพาะกับสนามไฟฟ้า ของตัวเองแต่ไม่เกี่ยวข้องกับอนุภาคที่ถูกทดสอบ ศักย์ไฟฟ้าสามารถคำนวณได้ที่จุดใน สนามไฟฟ้าคงที่(เวลาไม่เปลี่ยน)หรือในสนามไฟฟ้าแบบไดนามิก(เปลี่ยนไปตามเวลา)ในเวลาที่กำหนด และมีหน่วยเป็นจูลต่อคูลอมบ์(J C^–1), หรือ volts (V)

นอกจากนี้ยังมีศักย์ไฟฟ้าสเกลล่าร์ทั่วไปที่ใช้ในระบบ electrodynamics เมื่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาปรากฎอยู่ อย่างไรก็ตาม ศักย์ไฟฟ้าทั่วไปไม่สามารถตีความ ง่ายๆว่าเป็นอัตราส่วนของพลังงานที่มีศักยภาพในการประจุ

บทนำ

วัตถุหลายตัวอาจมีลักษณะสมบัติที่เรียกว่าประจุไฟฟ้า สนามไฟฟ้าจะออกแรงบังคับกับวัตถุที่ มีประจุนั้น ถ้าวัตถุนั้นมีประจุบวก แรงจะอยู่ในทิศทางของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าที่จุดนั้น แรงจะอยู่ในทิศทางที่ตรงข้ามถ้าประจุเป็นลบ ขนาดของแรงที่จะหาได้จากปริมาณของประจุคูณด้วย ขนาดของเวกเตอร์สนามไฟฟ้า แรงสุทธิที่กระทำต่อวัตถุจะทำให้เกิดความเร่ง ตามที่อธิบายไว้โดยกลศาสตร์คลาสสิกซึ่งสำรวจแนวความคิดเช่นแรง พลังงาน ศักยภาพ ฯลฯ ศักย์ไฟฟ้า (หรือเรียกง่ายๆว่าศักย์) ที่จุดหนึ่งในสนามไฟฟ้าที่ถูกกำหนดว่าเป็นงานที่ทำในการย้ายประจุบวกหนึ่งหน่วยจากอินฟินิตี้ไปยังจุดนั้น ศักย์ไฟฟ้าที่อินฟินิตี้จะถือว่าเป็นศูนย์

แรงและพลังงานที่มีศักยภาพมีความสัมพันธ์กันโดยตรง เมื่อวัตถุหนึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ แรงกระทำต่อมัน ศักยภาพของพลังงานจะลดลง ตัวอย่างเช่นพลังงานศักย์เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกบนลูกเหล็กกลมที่ตำแหน่งด้านบนของเนินเขาสูงกว่าตำแหน่งที่ฐานของเนินเขา เมื่อลูกเหล็กกลมนั้นตกลงมาจากเนินเขา พลังงานศักย์ของมันจะลดลงโดยเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่หรือพลังงานเฉื่อย (พลังงานจลน์)

สำหรับสนามพลังบางอย่าง เป็นไปได้ที่จะนิยาม"ศักยภาพ" ของสนามหนึ่งเป็นว่าพลังงานศักย์ของวัตถุในสนามจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุเมื่อเทียบกับสนามเท่านั้น พลังนั้นจะต้องส่งผลกระทบต่อวัตถุโดยจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่แท้จริงของวัตถุเท่านั้น(เช่นมวลหรือประจุ)และตำแหน่งของวัตถุ, และปฏิบัติตามกฎทางคณิตศาสตร์บางอย่างอื่น ๆ

สนามพลังดังกล่าวมีสองสนาม ได้แก่สนามแรงโน้มถ่วง (แรงดึงดูดของโลก) และ สนามไฟฟ้าที่ไม่มีสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนตามเวลา ศักยภาพของสนามไฟฟ้าที่จุดหนึ่งจะถูกเรียกว่า ศักย์ไฟฟ้า บางครั้งจะใช้คำว่า"ศักย์ไฟฟ้าสถิต"

ศักย์ไฟฟ้าและศักย์เวกเตอร์แม่เหล็กฟอร์มตัวกันเป็นแบบสี่เวกเตอร์ เพื่อให้ศักย์ทั้งสองชนิด จะถูกผสมเข้าด้วยกันภายใต้การเปลี่ยนแปลงลอเรนซ์(อังกฤษ: Lorentz transformations)