Mikä on sähköpotentiaalienergia?

Sähköpotentiaalienergia mittaa tietyssä paikassa tai laitteessa, kuten akussa, varastoidun sähköenergian määrää. Yleisin sähköisen potentiaalienergian mittaus on volttia. Tämä yksinkertaistaa teknisesti potentiaalisen energian sähköpotentiaaliksi, ero on siinä, että se mitataan latausyksikköä kohti sen sijaan, että otettaisiin huomioon kaikki erityisvaraukset. Se on työmäärä, joka voidaan mahdollisesti tehdä sähkövarausten sijainnin tai tietyn kokoonpanon vuoksi.

Painovoiman potentiaalienergian ymmärtäminen on hyvä tapa alkaa ymmärtää sähköpotentiaalienergian käsitettä. Painovoima on voima, joka vetää kaikki ainekappaleet toisiaan kohti, ja maapallon vetovoima pitää asiat maassa. Jos joku piti 2.2 kg: n kaltaista kiveä maapallon yläpuolella, se taistelisi pohjimmiltaan painovoimaa vastaan. Maan painovoima yrittäisi vetää kiveä alas, ja liikkumattomaan kallioon kohdistuva voima on gravitaatiopotentiaalienergia, joka riippuu etäisyydestä Maasta ja kohteen painosta. Potentiaalinen energia vapautuu, kun kallio pudotetaan.

Sähkövaraus voi varastoida energiaa samalla tavalla kuin maapallon yläpuolella oleva kivi. Voitaisiin kuvitella Van de Graff -pallo – sähkölaite, jonka ulkopuolella on positiivinen varaus ja jota käytetään usein tieteellisissä kokeissa staattisen sähkön kaltaisten asioiden osoittamiseksi – ja toinen positiivinen sähkövaraus, joka pidettiin poissa pallosta. Positiivisen varauksen työntäminen pallon ulkoreunaan vaatisi tietyn määrän energiaa vastakentän luoman sähköisen hylkinnän voittamiseksi. Tämä energiamäärä on sähköpotentiaalienergiaa, ja siihen vaikuttaa etäisyys sähkökentän lähteestä, kuten kauempana maapallon yläpuolella olevalla kalliolla on enemmän painovoimapotentiaalienergiaa. Jos pallosta pidätetty varaus olisi kaksi kertaa voimakkaampi, sillä olisi kaksinkertainen potentiaalienergia, kuten painavammassa esimerkissä raskaammalla kivellä.

Yksinkertaistamaan tietyn kohteen tai piirin sähköisen potentiaalienergian määrittämisprosessia, termiä yleensä yksinkertaistetaan erilaisten varausten huomioon ottamiseksi. Tämä mittaus annetaan jouleina kultaa kohti, jouleina energiayksikkö ja kulta sähkövoiman yksikkö. Tämä tarkoittaa, että tietyssä paikassa sähkökentässä olisi sähköpotentiaali 12 joulea kultaa kohden, ja spesifinen sähköpotentiaalienergia voidaan määrittää tästä. Yhdellä coulomb-varauksella olisi 12 joulea energiaa ja kahdella coulomb-varauksella 24.