OdreDJivanje jačine polja u nekoj tački kao rezultat delovanja više polja pojedinačnih
naelektrisanja, na primer naelektrisanja na elektrodama, zahteva zbog svoje vektorske prirode složeni matematički aparat i duži račun. Očita je potreba za jednostavnijom, lako merljivom skalarnom veličinom, koja bi ipak pružala bitne informacije o prilikama u električnom polju.
Tu potrebu zadovoljava električni potencijal.
Do pojma električnog potencijala može se doći ako se naelektrisanje q pod uticajem vektora jačine polja,E, slobodno ili delovanjem sile kreće po nekoj putanji. Analogne prilike postoje i u mehanici. Telima na istoj visini pripisuje se jednaka "potencijalna energija". Ako se telo spusti pod uticajem gravitacione sile, na novoj visini ima nižu energiju za iznos koji je jednak izvršenom radu prilikom spuštanja. S druge strane, rad se ne vrši ako se telo kreće duž puta normalo na smer delovanja sile.
Slično se i naelektrisanju u električnom polju, (a i samim tačkama u kojima se naelektrisanje nalazi ili ga tamo zamišljamo), mogu pripisati različite potencijalne energije. Matematički je najjednostavnije da se početni nivo potencijalne energije uzima u beskonačnosti. Tamo je
jačina električnog polja jednaka 0 i nema sile koja deluje na naelektrisanje, pa niti promene energije pri pomeranju. Ako se pozitivno naelektrisanje q dovede iz beskonačnosti u neku tačku električnog polja, izvršeni rad jednak je elektrostatičkoj potencijalnoj energiji u toj tački (Ep). Rad je pritom jednak nuli za elementarne pomake normalne na smer polja.
Ako bi, pak, pozitivno naelektrisanje pod uticajem polja bilo odvedeno u beskonačnost, na
tom putu bi se dobio (a ne utrošio) rad. Odnos izmedju rada i naelektrisanja na kome je rad izvršen, odnosno potencijalna energija jedinice pozitivnog naelektrisanja zove se
električni potencijal. Potencijal V u nekoj tački polja je:
P=Ep/q(4.1)
Iz definicije potencijala sledi:V=J/C
a potencijalna energija naelektrisanja q u nekoj tački električnog polja biće:
Ep = q · V [ J ] (4.2)
Ako dve tačke električnog polja, ili dva naelektrisana tela, imaju različite električne
potencijale V1 i V2, pri čemu je V1 veće od V2 , tada razlika potencijala izmedju te dve tačke predstavlja električni napon i označava se sa U:
U = V1 – V2 [V ]
(4.3)
Jedinica za električni napon je volt.
Napon je jedan od najvažnijih pojmova u elektrotehnici i za razliku od E lako se meri.
Ako posmatramo dve tačke u električnom polju u kojima naelektrisanje ima različite
potencijalne energije, iz definicije napona :
U=P[SUB]1[/SUB]-P[SUB]2[/SUB]=Ep[SUB]1[/SUB]/q-Ep[SUB]2[/SUB]/q=delta Ep/q
sledi:
delta Ep=q*U
Pošto je promena električne potencijalne energije, pri premeštanju naelektrisanja q, jednaka
radu električnog polja, dobija se:
A=qU
Treba uočiti da bi rad izmedju dve tačke u električnom polju bio isti bez obzira na oblik
putanje po kojoj bi se naelektrisanje kretalo. Rad, koji izvrše sile elektrostatičkog polja pri
pomeranju probnog naelektrisanja duž neke putanje, ne zavisi od oblika putanje, već samo od
položaja njenih krajnjih tačaka. Drugim rečima, to znači da rad zavisi samo od razlike
potencijala, tj. napona.
U posebnom slučaju, kad su izvorna i odredišna tačka iste, tj. kad je putanja zatvorena kriva
linija, rad će imati vrednost nula: (A = 0). Elektrostatičko polje, kao i gravitaciono polje,
pripada grupi tzv. konzervativnih polja. Zajednička osobina ovih polja je da je rad sile po
zatvorenoj putanji jednak nuli.
Isto tako, ako se kretanje izvodi po linijama istog potencijala (pa je razlika potencijala izmedju
dve tačke jednaka nuli), ne troši se (niti dobija) rad. Linije istog potencijala zovu se
ekvipotencijalne linije.