Vad är elektrisk potentiell energi?

Elektrisk potentiell energi är ett mått på mängden elektrisk energi som lagras på en viss plats eller enhet, till exempel ett batteri. Den vanligaste mätningen av elektrisk potentiell energi är volt. Detta förenklar tekniskt den potentiella energin till elektrisk potential, skillnaden är att den mäts per laddningsenhet istället för att ta hänsyn till alla specifika laddningar. Det är mängden arbete som eventuellt kan utföras som ett resultat av de elektriska laddningarnas position eller speciella konfiguration.

Att förstå gravitationell potentiell energi är ett bra sätt för en att börja förstå idén om elektrisk potentiell energi. Tyngdkraften är en kraft som drar alla materiekroppar mot varandra, och jordens gravitationskraft håller saker på marken. Om någon skulle hålla en sten på 2.2 kg 1 fot (3.28 m) över jorden, skulle han eller hon i princip kämpa mot gravitationen. Jordens gravitationskraft skulle försöka dra ner den stenen, och den kraften på den orörliga stenen är potentiell gravitationsenergi, beroende på avståndet från jorden och föremålets vikt. Den potentiella energin frigörs när stenen tappas.

En elektrisk laddning kan ha lagrad energi på samma sätt som en sten som hålls ovanför jorden gör. Man kan föreställa sig en Van de Graff-sfär – en elektrisk enhet som har en positiv laddning runt utsidan och som ofta används i vetenskapliga experiment för att visa saker som statisk elektricitet – och en annan positiv elektrisk laddning som hålls borta från sfären. Att trycka den positiva laddningen till den yttre kanten av sfären skulle kräva en viss mängd energi för att övervinna den elektriska repulsion som skapas av det motsatta fältet. Denna mängd energi är den elektriska potentiella energin, och den påverkas av avståndet från källan till det elektriska fältet, som en sten som hålls längre ovanför jorden har mer gravitationell potentiell energi. Om laddningen som hölls borta från sfären var dubbelt så kraftfull skulle den ha dubbelt så stor potentiell energi, som en tyngre sten skulle ha i gravitationsexemplet.

För att förenkla processen att bestämma den specifika elektriska potentiella energin för ett visst objekt eller krets, förenklas termen vanligtvis för att ta hänsyn till olika laddningar. Detta mått anges i joule per coulomb, där joule är en enhet för energi och coulomb är en enhet för elektrisk kraft. Detta innebär att en viss plats inom ett elektriskt fält skulle ha en elektrisk potential på 12 joule per coulomb, och den specifika elektriska potentiella energin kan bestämmas utifrån detta. En laddning på en coulomb skulle ha 12 joule energi, och en två-coulomb laddning skulle ha 24.