電気と電荷、静電気力

電位とは何?電位の定義は?

 

こちらのページでは高校物理における電磁気学の基本である

 

・電位とは何?電位の定義は?
・電場と電位の関係式

 

について解説しています。

 

電位とは何?電位の定義は?

私たちが生活している中で、物が高い方から低い方へ移動することは簡単にイメージできるでしょう。

 

これは高い方が位置エネルギーが高く、エネルギーは高い方から低い方へ移動するために起こる現象です
(※位置エネルギーは高校物理の力学のページで解説しています)。

 

電気的な世界でも同様に考えることができ、+1Cの電荷の電気版の位置エネルギーが電位といえます。
また、+1Cの電荷の電気版の高さによるエネルギーとも言えます。
(※大学課程以降ではもう少し詳細に理解する必要があり、こちらで解説しています)。
 
力学における位置エネルギーと照らし合わせて考えると、とてもイメージしやすいです。
 
力学では位置エネルギーは mgh [J]で表されましたが、
電気版の位置エネルギーは qV [J]で表すことができます。
 
つまり質量m → 電荷qに対応し、重力加速度gと高さの積gh → 電位V に対応すると考えられます。

 

 

電位の定義は下図にも解説していますが、

「ある点から基準点まで単位電荷(+1C)を動かした場合の外力つまり静電気力に逆らう仕事のこと」

とも定義されています。

 

電位の定義式を拡張させ、電荷をqを含んだ式(@式)と

 

電荷qが持つ静電気力による位置エネルギー(A式)という二通りのとらえ方ができ、

 

両方は同じものを表しているということを頭に入れておきましょう!
 
 

 

 

 

 

 

 

 

(※高校物理の範囲から外れますが、大学課程以降の電気化学という分野では
  電位を表す時、ある基準物質に対する電位という記載の仕方をし、
  例えばリチウムイオン電池における分野で良く使用する表記方法としましては、
  〜V vs Li/Li+ といった表現方法をしますので、興味があればこちらのページも見てみてくださいね)

 

 

電場と電位の関係式

電位について理解できましたら、次に電場と電位の関係式について、考えていきましょう。

 

高校物理では電場と言えば、最もシンプルなモデルである均一(一様)な電場についての
問題のみを扱います。

 

電荷をためられる装置であるコンデンサーにおいてもこの一様な電場の考え方を
使用しますので、きちんと理解しましょう。

 

 

 

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