Электрическое поле характеризуется тремя величинами: потенциалом, напряжением и напряженностью. Потенциал есть энергетическая характеристика электрического поля. Электрическое поле обладает энергией. Только вследствие этого может происходить взаимодействие электрических зарядов. В электрическом поле всегда можно выбрать точку, в которой условно считают, что по отношению к другим точкам поля в ней потенциальная энергия равна нулю. Такую точку называют нулевой.
Потенциалом данной точки электрического поля называется физическая величина, численно равная работе, которую необходимо совершить для перемещения единицы положительного заряда из этой же точки в нулевую. Потенциал определяется по формуле
φ=A/Q
,
где φ—потенциал данной точки в вольтах (В); А—работа, которую необходимо совершить для перемещения единицы положительного заряда из данной точки в нулевую, измеряется в джоулях (Дж); Q—заряд электрического поля в данной точке в кулонах (Кл). В системе СИ за единицу измерения потенциала принят вольт (В):
1В=1Дж/1Кл.
Потенциал данной точки электрического поля равен одному вольту, если при перемещении заряда величиной один кулон из этой точки в нулевую совершается работа, равная одному джоулю. Потенциал может быть положительным или отрицательным.
Напряжение называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля и обозначаются буквой U:
U=φA—φB
,
где φA—потенциал точки А; φB— потенциал точки В.
Напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе при перемещении между этими точками единицы положительного заряда:
U=A/Q.
В системе СИ за единицу измерения напряжения так же, как и потенциала, принят вольт (В).
Применяя U=A/Q для определения напряжения можно определить работу при перемещении электрических зарядов в электрическом поле:
A=UQ.
Эта формула показывает, что работа по перемещению электрических зарядов зависит от их величины и напряжения между точками, но не зависит от пути, по которому перемещаются заряды.
Для исследования электрических полей применяют пробный электрический заряд. Пробным электрическим зарядом называется положительный заряд очень малой величины, который практически не влияет на силу, энергию и форму электрического поля.
Напряженностью электрического поля в данной точке называется величина, численно равная силе, действующей на единицу положительного заряда. Она определяется по формуле
E=F/G.
Напряженность характеризует силу электрического поля, действующую на единичный положительный заряд, внесенный в данную точку поля, и является векторной величиной. Определим единицу измерения напряженности электрического поля:
В системе СИ за единицу напряженности принята величина, равная 1 вольт/метр (1 В/м)