Потенциальная энергия заряда q, находящегося в электрическом поле, пропорциональна величине этого заряда.
Физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:
φ = Wp / q.
Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля.
Работа A12 по перемещению электрического заряда q из начальной точки (1) в конечную точку (2) равна произведению заряда на разность потенциалов (φ1 - φ2) начальной и конечной точек:
A12 = Wp1 - Wp2 = qφ1 - qφ2 = q (φ1 - φ2).
В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В).
1 В = 1 Дж / 1 Кл.
Во многих задачах электростатики для вычисления потенциалов опорную точку (0) удобно принять бесконечно удаленную точку. В этом случае понятие потенциала можно определить так:
Потенциал поля в данной точке пространства равен работе, совершаемой электрические силы для переноса единичного положительного заряда из данной точки на бесконечность.
φ ∞ = А ∞ / q.
Потенциал φ ∞ поля точечного заряда Q на расстоянии r от него относительно бесконечно удаленной точки вычисляют так:
Для графического представления электрического поля вместе с силовыми линиями используют эквипотенциальные поверхности.
Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала.
Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальной поверхностям.
Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда - концентрические сферы. На рис. 3 изображен картины силовых линий и эквипотенциальных поверхностей некоторых простых электростатических полей.
В случае однородного поля эквипотенциальные поверхности изображаются системой параллельных плоскостей.
Если пробный заряд q совершил малое перемещение Δl вдоль силовой линии из точки (1) в точку (2), то можно записать:
ΔA12 = qEΔl = q (φ1 - φ2) = - qΔφ,
где Δφ = φ1 - φ2 - изменение потенциала. Отсюда следует:
Это соотношение в скалярной форме отражает связь между напряженностью поля и потенциалом. Здесь l - координата вдоль силовой линии.
По принципу суперпозиции напряженность полей, созданных электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов:
φ = φ1 + φ2 + ... + φn.