什么是电势电势的物理原理
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发布时间：2022-09-25 15:29
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时间：2023-09-18 15:08
电势的简介
静电场的标势称为电势，或称为静电势。在电场中，某点电荷的电势能跟它所带的电荷量(与正负有关，计算时将电势能和电荷的正负都带入即可判断该点电势大小及正负)之比，叫做这点的电势(也可称电位)，通常用φ来表示。电势是从能量角度上描述电场的物理量。(电场强度则是从力的角度描述电场)。电势差能在闭合电路中产生电流(当电势差相当大时，空气等绝缘体也会变为导体)。电势也被称为电位。
电势的物理原理
(1) 带电量q的电荷由电场中某点A移到参考点O(即零势能点，一般取无限远处或者大地为这个零势能点)，电场力做功WAO(将这个电荷从A点移至零势能点电场力做的功)跟这个电荷的电量q比值叫(AO两点电势差)A点电势，
电势也是只有大小，没有方向，也是标量。和地势一样，电势也具有相对意义，在具体应用中，常取标准位置的电势能为零，所以标准位置的电势也为零。电势只不过是和标准位置相比较得出的结果。我们常取地球为标准位置;在理论研究时，我们常取无限远处为标准位置，在习惯上，我们也常用“电场外”这样的说法来代替“零电势位置”。 电势是一个相对量，其参考点是可以任意选取的。无论被选取的物体是不是带电，都可以被选取为标准位置 -------零参考点。例如地球本身是带负电的，其电势相对于无穷远处约为8.2×10^8V。尽管如此，照样可以把地球作为零电势参考点，同时由于地球本身就是一个大导体，电容量很大，所以在这样的大导体上增减一些电荷，对它的电势改变影响不大。其电势比较稳定，所以，在一般的情况下，还都是选地球为零电势参考点。
电势的特点是：不管是正电荷的电场线还是负电荷的电场线，只要顺着电场线的方向总是电势减小的方向，逆着电场线总是电势增大的方向。
正电荷电场中各点电势为正，远离正电荷，电势降低。
负电荷电场中各点电势为负，远离负电荷，电势增高。
物理意义：
(1)由电场中某点位置决定，反映电场能的性质。
(2)与检验电荷电量、电性无关。
(3)表示将1C正电荷移到参考点电场力做的功。
电势差与电势的关系：
电场力做功：
①公式：W=qU
②∵ U由电场中两点位置决定，∴W由q，U决定与路径无关，和重力做功一样，属于保守力做功。
③特点：电场力做功由移动电荷和电势差决定，与路径无关。
电荷周围产生的静电场的电势差与电势的公式与推导： 对于一个正点电荷带电量为Q，在它的周围有向外辐射的电场。任取一条电场线，在上面任取一点A距厂源电荷为r，在A点放置一个电荷量为q的点电荷。使它在电场力作用下沿电场线移动一个很小的位移△x.由于这个位移极小，所以认为电场力在这段位移上没有改变，得φ=KQ(1/r)。
电势的物理 方法
(1)由电场中某点位置决定，反映电场能的性质。
(2)与检验电荷电量、电性无关。
(3)表示将1C正电荷从参考点移到零势点电场力做的功。
电荷周围产生的静电场的电势差与电势的公式与推导：
一场源点荷为Q，在距Q为r的A点有一点电荷为q，求证：此A处电势
证明：我们取的是r(i+1)-r(i)=△r， △r→0
那么r(i+1)到r(i)，也就是△r这一段内的库仑力可以看做常量F(r(i))=kQq/(r(i))^2
那么这一段内库仑力做功：
△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)) 这样后再累加起来就是
∑△W(i)=W=kQq/r(1)-kQq/r(n) 得到公式
等量同种点电荷电势分布：
(1)正点电荷连线上：中点电势最低，从中点向两侧电势逐渐升高;
(2)连线中垂线上：从中点向中垂线两侧电势降低，直至无限远处电势为零;
(3)负点电荷的情况正好相反。
等量异种点电荷电势分布：
(1)点电荷连线上：沿电场线方向，电势从正电荷到负电荷依次降低;
(2)连线中垂线上：中垂线上任意两点之间电势差为零，即中垂线上电势为零。
电势的应用领域
超导结和耦合超导结：
(1) 热噪声在超导结中引起的静电势的多次增加和多次减少： 研究人员研究了在过阻尼和欠阻尼两种情况下、在考虑了热噪声和有交流信号和直流信号同时输入的情况下的超导结两端的静电势。研究表明，随着温度的增加(热噪声的强度和温度成正比)，静电势会多次被增加和多次被减小 (静电势多次被增加的峰值对应于静电势的共振激活现象)。另外，超导结两端的静电势还表现出(噪声引起的) 热噪声加强稳定的现象。
(2) 耦合超导结系统(或器件)中时空噪声的出现和其对输运的影响： 在该研究中，研究人员首次发现了时空噪声可能出现在耦合超导结系统(一个超导量子干涉器件)中，并且时空噪声与电子对的波函数的相差的关联所引起的系统的对称破缺能够引起输运。通过对两个模型(一个高斯噪声模型和一个电报噪声模型)的研究，研究人员发现在所研究的耦合超导结系统中几率流总是负的并且随着热噪声强度的增加而会出现一个“井”。根据研究人员的研究结果，研究人员可以控制噪声使几率流处于有利于科研人员的实验要求的状态。比如，如果研究人员希望在实验中得到较大的负几率流时，研究人员可以采取下面的两个 措施 ：a). 在一定的环境扰动下，我们可以适当地调整温度使负几率流处于上面所提到的“井” 的附近 (热噪声的强度与温度成正比)以便于得到有利于我们实验要求的结果;b). 在一定的温度下，研究人员们应当采取一定的措施来调节环境扰动以便使负几率流的绝对值尽可能地大。
(3) 一个热-惯性“ratchet”超导量子干涉器件(耦合超导结)中的混沌噪声输运：研究了一个热-惯性“ratchets”超导量子干涉器件中在有周期信号的输入的情况下的混沌噪声输运。 研究表明，通过控制温度和外部输入信号的强度，研究人员可以使输运的方向反号。当温度足够低时，研究人员很容易得到混沌输运; 但当温度足够高时，输运主要是热噪声输运。
(4) 环境扰动下的耦合超导结： 研究人员在考虑了内部热涨落和外部环境扰动的情况下研究了一个SQUID[超导量子干涉器件(耦合超导结)]，发现外部环境的扰动可在SQUID中引起输运，通过控制内部热涨落和外部环境的扰动之间的关联可使静电势反号;并发现随着系统内部温度的增加，电流—电压特性越来越接近于正常状态下的欧姆定律。
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电势的简介
静电场的标势称为电势，或称为静电势。在电场中，某点电荷的电势能跟它所带的电荷量(与正负有关，计算时将电势能和电荷的正负都带入即可判断该点电势大小及正负)之比，叫做这点的电势(也可称电位)，通常用φ来表示。电势是从能量角度上描述电场的物理量。(电场强度则是从力的角度描述电场)。电势差能在闭合电路中产生电流(当电势差相当大时，空气等绝缘体也会变为导体)。电势也被称为电位。
电势的物理原理
(1) 带电量q的电荷由电场中某点A移到参考点O(即零势能点，一般取无限远处或者大地为这个零势能点)，电场力做功WAO(将这个电荷从A点移至零势能点电场力做的功)跟这个电荷的电量q比值叫(AO两点电势差)A点电势，
电势也是只有大小，没有方向，也是标量。和地势一样，电势也具有相对意义，在具体应用中，常取标准位置的电势能为零，所以标准位置的电势也为零。电势只不过是和标准位置相比较得出的结果。我们常取地球为标准位置;在理论研究时，我们常取无限远处为标准位置，在习惯上，我们也常用“电场外”这样的说法来代替“零电势位置”。 电势是一个相对量，其参考点是可以任意选取的。无论被选取的物体是不是带电，都可以被选取为标准位置 -------零参考点。例如地球本身是带负电的，其电势相对于无穷远处约为8.2×10^8V。尽管如此，照样可以把地球作为零电势参考点，同时由于地球本身就是一个大导体，电容量很大，所以在这样的大导体上增减一些电荷，对它的电势改变影响不大。其电势比较稳定，所以，在一般的情况下，还都是选地球为零电势参考点。
电势的特点是：不管是正电荷的电场线还是负电荷的电场线，只要顺着电场线的方向总是电势减小的方向，逆着电场线总是电势增大的方向。
正电荷电场中各点电势为正，远离正电荷，电势降低。
负电荷电场中各点电势为负，远离负电荷，电势增高。
物理意义：
(1)由电场中某点位置决定，反映电场能的性质。
(2)与检验电荷电量、电性无关。
(3)表示将1C正电荷移到参考点电场力做的功。
电势差与电势的关系：
电场力做功：
①公式：W=qU
②∵ U由电场中两点位置决定，∴W由q，U决定与路径无关，和重力做功一样，属于保守力做功。
③特点：电场力做功由移动电荷和电势差决定，与路径无关。
电荷周围产生的静电场的电势差与电势的公式与推导： 对于一个正点电荷带电量为Q，在它的周围有向外辐射的电场。任取一条电场线，在上面任取一点A距厂源电荷为r，在A点放置一个电荷量为q的点电荷。使它在电场力作用下沿电场线移动一个很小的位移△x.由于这个位移极小，所以认为电场力在这段位移上没有改变，得φ=KQ(1/r)。
电势的物理 方法
(1)由电场中某点位置决定，反映电场能的性质。
(2)与检验电荷电量、电性无关。
(3)表示将1C正电荷从参考点移到零势点电场力做的功。
电荷周围产生的静电场的电势差与电势的公式与推导：
一场源点荷为Q，在距Q为r的A点有一点电荷为q，求证：此A处电势
证明：我们取的是r(i+1)-r(i)=△r， △r→0
那么r(i+1)到r(i)，也就是△r这一段内的库仑力可以看做常量F(r(i))=kQq/(r(i))^2
那么这一段内库仑力做功：
△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)) 这样后再累加起来就是
∑△W(i)=W=kQq/r(1)-kQq/r(n) 得到公式
等量同种点电荷电势分布：
(1)正点电荷连线上：中点电势最低，从中点向两侧电势逐渐升高;
(2)连线中垂线上：从中点向中垂线两侧电势降低，直至无限远处电势为零;
(3)负点电荷的情况正好相反。
等量异种点电荷电势分布：
(1)点电荷连线上：沿电场线方向，电势从正电荷到负电荷依次降低;
(2)连线中垂线上：中垂线上任意两点之间电势差为零，即中垂线上电势为零。
电势的应用领域
超导结和耦合超导结：
(1) 热噪声在超导结中引起的静电势的多次增加和多次减少： 研究人员研究了在过阻尼和欠阻尼两种情况下、在考虑了热噪声和有交流信号和直流信号同时输入的情况下的超导结两端的静电势。研究表明，随着温度的增加(热噪声的强度和温度成正比)，静电势会多次被增加和多次被减小 (静电势多次被增加的峰值对应于静电势的共振激活现象)。另外，超导结两端的静电势还表现出(噪声引起的) 热噪声加强稳定的现象。
(2) 耦合超导结系统(或器件)中时空噪声的出现和其对输运的影响： 在该研究中，研究人员首次发现了时空噪声可能出现在耦合超导结系统(一个超导量子干涉器件)中，并且时空噪声与电子对的波函数的相差的关联所引起的系统的对称破缺能够引起输运。通过对两个模型(一个高斯噪声模型和一个电报噪声模型)的研究，研究人员发现在所研究的耦合超导结系统中几率流总是负的并且随着热噪声强度的增加而会出现一个“井”。根据研究人员的研究结果，研究人员可以控制噪声使几率流处于有利于科研人员的实验要求的状态。比如，如果研究人员希望在实验中得到较大的负几率流时，研究人员可以采取下面的两个 措施 ：a). 在一定的环境扰动下，我们可以适当地调整温度使负几率流处于上面所提到的“井” 的附近 (热噪声的强度与温度成正比)以便于得到有利于我们实验要求的结果;b). 在一定的温度下，研究人员们应当采取一定的措施来调节环境扰动以便使负几率流的绝对值尽可能地大。
(3) 一个热-惯性“ratchet”超导量子干涉器件(耦合超导结)中的混沌噪声输运：研究了一个热-惯性“ratchets”超导量子干涉器件中在有周期信号的输入的情况下的混沌噪声输运。 研究表明，通过控制温度和外部输入信号的强度，研究人员可以使输运的方向反号。当温度足够低时，研究人员很容易得到混沌输运; 但当温度足够高时，输运主要是热噪声输运。
(4) 环境扰动下的耦合超导结： 研究人员在考虑了内部热涨落和外部环境扰动的情况下研究了一个SQUID[超导量子干涉器件(耦合超导结)]，发现外部环境的扰动可在SQUID中引起输运，通过控制内部热涨落和外部环境的扰动之间的关联可使静电势反号;并发现随着系统内部温度的增加，电流—电压特性越来越接近于正常状态下的欧姆定律。
