手機是大家日常生活中已經不可或缺的工具之一 那相信大家看到這個符號一定不陌生 更有人會因此而焦慮 也就是手機沒電！ 手機或者電池沒電 是如何知道呢？ 讓我們來回想在國中曾經學到的內容 若將電池接上燈泡 使電路成為一封閉迴路時 在此電路中則有電流流動 這個電流流動情形為由電池正極經燈泡流向負極 此時我們稱正極為高電位 負極為低電位 電流則由高電位流向低電位 那 電位到底是什麼呢？ 在說明電位之前 我們需要先複習之前所提到的電位能 如果空間中有一個帶電粒子Q 此時在與Q距離r處 放置一個測試電荷q 則此系統的電位能為畫面所示 特別注意！ 此電位能的正或負 需要依Q與q的電性來決定 表示其帶電性 若我們在位置不變的情況下 將測試電荷q更改為另一個測試電荷q’ 則系統之電位能會依畫面所示 這時候我們發現 不論在這個位置所放置的測試電荷為q還是q’ 系統的電位能與測試電荷之間的比值保持固定 可以發現這兩個式子的結果都等於kQ除以r 這個比值的意義是什麼呢？ 從比值的量值中可以看出 此量值與測試電荷的電性與帶電量無關 也就是說 只要電荷Q存在於空間中 則與Q相距r的位置存在某個特定之物理性質 我們稱為該位置的「電位」 此即為電位之定義 換句話說 電位的定義為此位置單位電荷的電位能 此物理量代號為V 公式如畫面所示 有了電位能 為什麼我們還特定使用電位這個物理量呢？ 與電位能相比 電位的優點是什麼？ 如果在描述電位能時 會與測試電荷的帶電量與電性相關 如果可以簡化成空間或位置 就是僅考慮環境條件的物理量 就可以不用考慮系統中測試電荷的因素 也就是說 不管對於多少帶電量或者正、負電荷而言 都有相同的環境物理量 並乘上本身的性質 一樣可以得到電位能 利用此公式也可以這樣描述電位 其物理意義為1庫倫的正電荷在此點所具備的電位能 電位就是為了這個目的被定義出來 為了達到這樣的目的 我們將電位能中有關系統的物理量 利用除法的方式將它摒除 定義出描述空間環境的物理量 也就是電位 由公式中我們可以得知 既然電位能Ue 與測試電荷q都是純量 所以電位V也是純量 並且有和電位能相同的純量相加之特性 在單位部分則是焦耳除以庫倫 為了紀念科學家伏特在電學的貢獻 因此將焦耳和庫倫的比值稱之為伏特 也就是1庫倫的正電荷在空間中某點所具備的電位能為1焦耳 則此點電位即為1伏特 那我們可以來討論一下 空間中點電荷所提供的電位分佈情形 若空間中有一點電荷Q 在相距r處有一測試電荷q q所在位置的電位為多少呢？ 根據電位的定義列出公式後 將電位能代入 即可得到電位的位置函數等於kQ除以r 從上式可以知道 電位的高低僅與空間中的點電荷Q和與其距離r相關 因以無窮遠處電位能為零 代表也讓電位在無窮遠處為零 我們進一步探討Q的電性所造成的影響 若Q帶正電 也就是Q>0 則電位也會恆大於零 越靠近Q的位置 V越高 越遠離Q的位置 V越低 相反地 若Q帶負電 也就是Q<0 則電位也會恆小於零 越靠近Q的位置 V越低 越遠離Q的位置 V越高 所以說 我們手機如何知道電池沒電了呢？ 我們可以利用量測電池的電位 來瞭解電池是否有電 因為電流可視為帶正電粒子的流動 由正極利用迴路通往負極後會獲得動能 並將其動能傳遞至電器上 若電池沒有化學能可以提供給帶電粒子 那麼其正極的高電位就會降低 再也無法提供足夠的能量給正電粒子 代表這個電池已經沒電了 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 電位的定義 此位置單位電荷的電位能 第一 電位的公式 V等於Ue除以q 第二 空間中點電荷Q 在距離r處所形成的電位等於kQ除以r 注意 Q包含其帶電性 以及 以無窮遠處為零位面 電位的特性 第一 與測試電荷的帶電量與電性無關 第二 空間中點電荷Q 在距離r處所形成的電位 若Q>0 則V>0 距離Q越遠 電位越低 若Q<0 則V<0 距離Q越遠 則電位越高 大家在生活中還有聽到很多個與電位相關的描述 例如 電壓、電位差、電壓降、電動勢……等等 這些和電位的關係到底是什麼呢？ 又有什麼功用呢？ 可以好好想一想唷 下次見 bye bye