電位

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電位とは

電荷の位置エネルギー：電位

二つの正電荷は反発しあう。

二つの正電荷間の距離を縮めるには、反発するクーロン力に抗して電荷を運ばなくてはならない。
抗する力を加えて移動させるのだから、この操作には仕事を要することになる。

重力に抗して物体を持ち上げると、この物体は位置エネルギーを持つ。
同様に、クーロン力に抗して電荷を移動させると、電荷は電気的な位置エネルギーを得る。
この電気的な位置エネルギーを電位という。

電荷を移動させために使われた仕事が、電位となったのだ。

この仕事によって動かされた電荷には電気的エネルギーとして蓄えられる。

位置Aにプラス電荷が固定されているとしよう。
位置Dにある別のプラス電荷を少しずつAに接近させていく。
Dから始めてCまで持ってきたときの仕事量WcよりもさらにBまで持ってきたときの仕事量Wbのほうが大きい。
つまり、「B点まで運ぶほうが、余計に仕事をしなくてはならない」ということになる。

余計に仕事をしなくてはならない場合電位が高いという。
この例の場合、CよりBの方が、電位が高いのだ。

qEの力に逆らって距離dだけ移動したときに得られるエネルギーはqEdになる。
この考え方の本質は重力により位置エネルギーと同じだ。
電位は電気的な位置エネルギーなのである。

位置エネルギーの場合、2点間のエネルギーの差で表現した。
電位も2点間の差が重要である。

1[C]の電荷を運んで1[J]を要した場合、この電位を1[V]と表現する。
この場合、どれだけの距離を運んだかは関係がない。
「運ぶときにどれだけの仕事を要したか」で決まるのである。

1[C]の電荷を1[V]高いところへ運んだときの仕事が1[J]なので、単位は[V]= [J]/[C]となる。
つまり電位は単位電荷あたりの仕事なのだ。

電位の基準

電場内のある位置の電位を表現する場合、基準となるもう一点を指定しなくてはならない。
一点は無限遠に設定し、その無限遠から移動するのに要した仕事を電位とする。
実際に無限遠から運んでくることはできないが計算で求めることはできる。
＋Qの電荷から距離R離れる場所の電位は以下となる。

実用上は地球の電位を０として計算するケースが多い。

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