Bioelektriciteit: Basisbegrippen
Elektrische potentiële energie
Potentiaal Bij toevoeging van gelijksoortig geladen deeltjes aan een geleider neemt de afstand tussen de deeltjes af, waardoor het volgens de wet van Coulomb steeds meer energie per ladingseenheid kost om extra lading toe te voegen. Dit is de potentiaal ofwel spanning van die geleider, uitgedrukt in volt (). Eigenlijk moeten we spreken van een potentiaalverschil: het potentiaalverschil tussen twee punten en van een elektrisch veld verstaat men de arbeid die men moet verrichten om een positieve eenheidslading langs een willekeurige weg van naar te brengen. Onder de potentiaal in een punt van een elektrische veld kun je dan verstaan de arbeid die verricht moet worden om een positieve eenheidslading van de aarde of van het oneindige naar dat punt te brengen. Een elektrische spanning kan worden gemeten met een voltmeter.
Afspraak In tegenstelling tot het gebruik van de letter voor spanning in het voortgezet onderwijs, hanteren wij het internationaal meer gebruikelijke symbool .
In feite is het symbool voor elektrische potentiële energie en het symbool voor elektrische potentiële energie per ladingseenheid, met andere woorden voor een positieve eenheidslading .
Spanningsbron Een batterij wordt gebruikt voor opslag van elektriciteit en dient als spanningsbron, dat wil zeggen, kan bij plaatsing in een stroomkring gedurende langere tijd een spanningsverschil tussen de uiteinden, ook wel polen genoemd, in stand houden. Bij een batterij worden via een chemische reactie aan de minpool elektronen vrijgemaakt, terwijl aan de pluspool op hetzelfde moment via een andere chemische reactie elektronen worden gebonden. Als de polen van een batterij op elkaar worden aangesloten (bijvoorbeeld door een geleidende draad) kunnen de elektronen vanaf de minpool naar de pluspool stromen. Er gaat een stroom lopen; algemene afspraak is dat de richting van de stroom in het circuit van de pluspool naar de minpool is (dus tegengesteld aan de richting waarheen de elektronen bewegen).
Het symbool voor een batterij in een stroomkring zijn twee dicht bij elkaar getrokken strepen, waarbij het langste lijnstuk, met label , de pluspool voorstelt en het kortste lijnstuk, met label , de minpool aanduidt. De en tekens worden vaak weggelaten omdat men aan de grootte van de lijnstukken in de tekening kan zien welke zijde de pluspool en welke de minpool is.
We hebben het symbool voor de stroombron in de uitleg verticaal georiënteerd omdat dan een analogie tussen elektrische potentiaal en potentiële energie in een zwaartekrachtveld zichtbaarder is. Waar arbeid nodig is om een massa van een lage naar hoge positie te brengen, is ook arbeid nodig om een positieve lading richting een pluspool te bewegen. Onderstaande plaatje visualiseert dit: in onderdeel (a) is de arbeid nodig om een massa in een gravitatieveld met valversnelling een hoogte te doen stijgen gelijk aan ; in onderdeel (b) is de arbeid nodig om een positieve lading in een uniform elektrisch veld tussen twee tegengesteld geladen platen met onderlinge afstand en met veldsterkte van de negatief geladen plaat naar de positief geladen plaat te doen bewegen gelijk aan . Lading en veldsterkte in elektriciteitsleer stemmen overeen met massa en valversnelling in gravitatietheorie.