什么是電勢電勢的物理原理
某點電荷的電勢能跟它所帶的電荷量與正負(fù)有關(guān)，那么你對電勢解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是電勢的內(nèi)容，希望大家喜歡!
電勢的簡介
靜電場的標(biāo)勢稱為電勢，或稱為靜電勢。在電場中，某點電荷的電勢能跟它所帶的電荷量(與正負(fù)有關(guān)，計算時將電勢能和電荷的正負(fù)都帶入即可判斷該點電勢大小及正負(fù))之比，叫做這點的電勢(也可稱電位)，通常用φ來表示。電勢是從能量角度上描述電場的物理量。(電場強(qiáng)度則是從力的角度描述電場)。電勢差能在閉合電路中產(chǎn)生電流(當(dāng)電勢差相當(dāng)大時，空氣等絕緣體也會變?yōu)閷?dǎo)體)。電勢也被稱為電位。
電勢的物理原理
(1) 帶電量q的電荷由電場中某點A移到參考點O(即零勢能點，一般取無限遠(yuǎn)處或者大地為這個零勢能點)，電場力做功WAO(將這個電荷從A點移至零勢能點電場力做的功)跟這個電荷的電量q比值叫(AO兩點電勢差)A點電勢，
電勢也是只有大小，沒有方向，也是標(biāo)量。和地勢一樣，電勢也具有相對意義，在具體應(yīng)用中，常取標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢能為零，所以標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢也為零。電勢只不過是和標(biāo)準(zhǔn)位置相比較得出的結(jié)果。我們常取地球為標(biāo)準(zhǔn)位置;在理論研究時，我們常取無限遠(yuǎn)處為標(biāo)準(zhǔn)位置，在習(xí)慣上，我們也常用“電場外”這樣的說法來代替“零電勢位置”。 電勢是一個相對量，其參考點是可以任意選取的。無論被選取的物體是不是帶電，都可以被選取為標(biāo)準(zhǔn)位置 -------零參考點。例如地球本身是帶負(fù)電的，其電勢相對于無窮遠(yuǎn)處約為8.2×10^8V。盡管如此，照樣可以把地球作為零電勢參考點，同時由于地球本身就是一個大導(dǎo)體，電容量很大，所以在這樣的大導(dǎo)體上增減一些電荷，對它的電勢改變影響不大。其電勢比較穩(wěn)定，所以，在一般的情況下，還都是選地球為零電勢參考點。
電勢的特點是：不管是正電荷的電場線還是負(fù)電荷的電場線，只要順著電場線的方向總是電勢減小的方向，逆著電場線總是電勢增大的方向。
正電荷電場中各點電勢為正，遠(yuǎn)離正電荷，電勢降低。
負(fù)電荷電場中各點電勢為負(fù)，遠(yuǎn)離負(fù)電荷，電勢增高。
物理意義：
(1)由電場中某點位置決定，反映電場能的性質(zhì)。
(2)與檢驗電荷電量、電性無關(guān)。
(3)表示將1C正電荷移到參考點電場力做的功。
電勢差與電勢的關(guān)系：
電場力做功：
?、俟剑篧=qU
?、凇?U由電場中兩點位置決定，∴W由q，U決定與路徑無關(guān)，和重力做功一樣，屬于保守力做功。
③特點：電場力做功由移動電荷和電勢差決定，與路徑無關(guān)。
電荷周圍產(chǎn)生的靜電場的電勢差與電勢的公式與推導(dǎo)： 對于一個正點電荷帶電量為Q，在它的周圍有向外輻射的電場。任取一條電場線，在上面任取一點A距廠源電荷為r，在A點放置一個電荷量為q的點電荷。使它在電場力作用下沿電場線移動一個很小的位移△x.由于這個位移極小，所以認(rèn)為電場力在這段位移上沒有改變，得φ=KQ(1/r)。
電勢的物理方法
(1)由電場中某點位置決定，反映電場能的性質(zhì)。
(2)與檢驗電荷電量、電性無關(guān)。
(3)表示將1C正電荷從參考點移到零勢點電場力做的功。
電荷周圍產(chǎn)生的靜電場的電勢差與電勢的公式與推導(dǎo)：
一場源點荷為Q，在距Q為r的A點有一點電荷為q，求證：此A處電勢
證明：我們?nèi)〉氖莚(i+1)-r(i)=△r， △r→0
那么r(i+1)到r(i)，也就是△r這一段內(nèi)的庫侖力可以看做常量F(r(i))=kQq/(r(i))^2
那么這一段內(nèi)庫侖力做功：
△W(i)≈F(r(i))·△r=kQq·△r/(r(i))^2≈kQq·△r/(r(i)·r(i+1))=
kQq·(r(i+1)-r(i))/(r(i)·r(i+1))=kQq·(1/r(i)-1/r(i+1)) 這樣后再累加起來就是
∑△W(i)=W=kQq/r(1)-kQq/r(n) 得到公式
等量同種點電荷電勢分布：
(1)正點電荷連線上：中點電勢最低，從中點向兩側(cè)電勢逐漸升高;
(2)連線中垂線上：從中點向中垂線兩側(cè)電勢降低，直至無限遠(yuǎn)處電勢為零;
(3)負(fù)點電荷的情況正好相反。
等量異種點電荷電勢分布：
(1)點電荷連線上：沿電場線方向，電勢從正電荷到負(fù)電荷依次降低;
(2)連線中垂線上：中垂線上任意兩點之間電勢差為零，即中垂線上電勢為零。
電勢的應(yīng)用領(lǐng)域
超導(dǎo)結(jié)和耦合超導(dǎo)結(jié)：
(1) 熱噪聲在超導(dǎo)結(jié)中引起的靜電勢的多次增加和多次減少： 研究人員研究了在過阻尼和欠阻尼兩種情況下、在考慮了熱噪聲和有交流信號和直流信號同時輸入的情況下的超導(dǎo)結(jié)兩端的靜電勢。研究表明，隨著溫度的增加(熱噪聲的強(qiáng)度和溫度成正比)，靜電勢會多次被增加和多次被減小 (靜電勢多次被增加的峰值對應(yīng)于靜電勢的共振激活現(xiàn)象)。另外，超導(dǎo)結(jié)兩端的靜電勢還表現(xiàn)出(噪聲引起的) 熱噪聲加強(qiáng)穩(wěn)定的現(xiàn)象。
(2) 耦合超導(dǎo)結(jié)系統(tǒng)(或器件)中時空噪聲的出現(xiàn)和其對輸運的影響： 在該研究中，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了時空噪聲可能出現(xiàn)在耦合超導(dǎo)結(jié)系統(tǒng)(一個超導(dǎo)量子干涉器件)中，并且時空噪聲與電子對的波函數(shù)的相差的關(guān)聯(lián)所引起的系統(tǒng)的對稱破缺能夠引起輸運。通過對兩個模型(一個高斯噪聲模型和一個電報噪聲模型)的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)在所研究的耦合超導(dǎo)結(jié)系統(tǒng)中幾率流總是負(fù)的并且隨著熱噪聲強(qiáng)度的增加而會出現(xiàn)一個“井”。根據(jù)研究人員的研究結(jié)果，研究人員可以控制噪聲使幾率流處于有利于科研人員的實驗要求的狀態(tài)。比如，如果研究人員希望在實驗中得到較大的負(fù)幾率流時，研究人員可以采取下面的兩個措施：a). 在一定的環(huán)境擾動下，我們可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整溫度使負(fù)幾率流處于上面所提到的“井” 的附近 (熱噪聲的強(qiáng)度與溫度成正比)以便于得到有利于我們實驗要求的結(jié)果;b). 在一定的溫度下，研究人員們應(yīng)當(dāng)采取一定的措施來調(diào)節(jié)環(huán)境擾動以便使負(fù)幾率流的絕對值盡可能地大。
(3) 一個熱-慣性“ratchet”超導(dǎo)量子干涉器件(耦合超導(dǎo)結(jié))中的混沌噪聲輸運：研究了一個熱-慣性“ratchets”超導(dǎo)量子干涉器件中在有周期信號的輸入的情況下的混沌噪聲輸運。 研究表明，通過控制溫度和外部輸入信號的強(qiáng)度，研究人員可以使輸運的方向反號。當(dāng)溫度足夠低時，研究人員很容易得到混沌輸運; 但當(dāng)溫度足夠高時，輸運主要是熱噪聲輸運。
(4) 環(huán)境擾動下的耦合超導(dǎo)結(jié)： 研究人員在考慮了內(nèi)部熱漲落和外部環(huán)境擾動的情況下研究了一個SQUID[超導(dǎo)量子干涉器件(耦合超導(dǎo)結(jié))]，發(fā)現(xiàn)外部環(huán)境的擾動可在SQUID中引起輸運，通過控制內(nèi)部熱漲落和外部環(huán)境的擾動之間的關(guān)聯(lián)可使靜電勢反號;并發(fā)現(xiàn)隨著系統(tǒng)內(nèi)部溫度的增加，電流—電壓特性越來越接近于正常狀態(tài)下的歐姆定律。
(5) 熱漲落和環(huán)境擾動的關(guān)聯(lián)可在單個超導(dǎo)結(jié)中引起的靜電勢：它們卻在國際上激起了大量科研工作者的研究興趣。在相關(guān)論文中研究人員研究了外部環(huán)境的擾動所引起的噪聲與內(nèi)部熱漲落的關(guān)聯(lián)在超導(dǎo)結(jié)中所引起的靜電勢。研究表明，系統(tǒng)內(nèi)部的熱漲落和外部環(huán)境的擾動之間的關(guān)聯(lián)可以引起對稱破缺，從而在超導(dǎo)結(jié)中引起靜電勢。
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