電位とは何?電位の定義は?

当サイトでは記事内に広告を含みます


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→ 電位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(①式)と電荷qが持つ静電気力による位置エネルギー(②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。

 

 

電位とは何?電位の定義は? 関連ページ

SI単位
密度とは?比重とは?密度と比重の違いは?【演習問題】
ミリ、ミクロン、ナノ、ピコとは?SI接頭語と変換方法【演習問題】
電気と電荷、静電気力
電流と電荷(I=Q/t)、電流と電子の関係
コンデンサーと交流
電圧とは何か?電圧のイメージ、電流と電圧の関係(オームの法則)
直列回路における合成抵抗の導出と計算方法【演習問題】
並列回路における合成抵抗の導出と計算方法【演習問題】
合成抵抗2(直列と並列が混ざった回路)
電力と電力量の違いは?消費電力kWと消費電力量kWhとの関係 WとWhの変換(換算方法) ジュール熱の計算方法
ジュール熱とは?ジュール熱の計算問題を解いてみよう【演習問題】
水の温度上昇とジュールの関係は?計算問題を解いてみよう【演習問題】
コンデンサーの容量の計算式と導出方法【静電容量と電圧・電荷の関係式】
コンデンサーを直列接続したときの静電容量の計算方法【演習問題】
コンデンサーを並列接続したときの静電容量の計算方法【演習問題】
コンデンサーのエネルギーが1/2CV^2である理由 静電エネルギーの計算問題をといてみよう
磁場とは何か?
電流と磁場の関係(電流がつくる磁場)
電流が磁場から受ける力(フレミング左手の法則)
ローレンツ力
電磁誘導とレンツの法則
ファラデーの電磁誘導の法則
各種電磁誘導の問題の演習
磁束と磁束密度の定義・違いは?
相互誘導と自己誘導(相互インダクタンスと自己インダクタンス)
コイルを含む回路、コイルが蓄えるエネルギー
直流と交流、交流の基礎知識 実効値と最大値が√2倍の関係である理由は?
抵抗、コンデンサーと交流抵抗、コンデンサーと交流
コイルと交流、交流のまとめ
光のエネルギー
物質波とブラッグ反射(ブラッグの式)
気体分子運動論とは?
気体分子運動論とボルツマン定数
電流の定義のI=envsを導出する方法
角速度(角周波数)とは何か?角速度(角周波数)の公式と計算方法 周期との関係【演習問題】
クーロンの法則 導出と計算問題を問いてみよう【演習問題】
電気回路に短絡している部分が含まれる時の合成抵抗の計算
角速度(角周波数)とは何か?角速度(角周波数)の公式と計算方法 周期との関係【演習問題】(コピー)
自由落下(自然落下)における速度は? 計算問題を解いてみよう【演習問題】
ばね定数の公式や計算方法(求め方)・単位は?ばね定数が大きいほど伸びにくいのか?直列・並列時のばね定数の合成方法
距離(位置)、速度、加速度の変換方法は?計算問題を問いてみよう
静止摩擦係数と動摩擦係数の求め方 静止摩擦力と動摩擦力の計算問題を解いてみよう【演習問題】
電流計は直列につなぎ、電圧計は並列につなぐのはなぜか 電流計・電圧計の使い方と注意点
抵抗が3つ以上の並列回路、直列回路の合成抵抗 計算問題をといてみよう
単振動における変位・速度・加速度を表す公式と計算方法【sin・cos】
ホイートストンブリッジにおける計算問題を解いてみよう【ブリッジ回路の解き方】
メートルブリッジの計算問題を解いてみよう【ブリッジ回路の解き方】
単振動における運動方程式と周期の求め方【計算方法】
単振動におけるエネルギーとエネルギー保存則 計算問題を解いてみよう
v-tグラフ(速度と時間の関係式)から変位・加速度を計算する方法【面積と傾きの求め方】
相対速度とは?相対速度の計算問題を解いてみよう【船、雨、0となるときのみかけの速度】
ロケットなどで2物体が分裂・合体する際の速度の計算【運動量保存と相対速度】
キルヒホッフの電流則(キルヒホッフの第一法則)とは?計算問題を解いてみよう
単振り子における運動方程式や周期の求め方【単振動と振り子】

HOME プロフィール お問い合わせ