Fragenbank: Elektrizität: Elektrische Potenzialenergie

Ein kleiner Körper mit der Masse m = 2g und der Ladung q = 3µC wird in Ruhe an einem Punkt A des elektrischen Feldes platziert, das eine Potenzialdifferenz von 120V im Vergleich zu einem Punkt B aufweist. Unter Berücksichtigung der elektrischen potenziellen Energie U einer Ladung q in einem homogenen elektrischen Feld, gegeben durch U = q * V, wobei V die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten ist, berechne die elektrische potenzielle Energie des Körpers an den Punkten A und B. Da die Potenzialdifferenz eine Form von potenzieller Energie pro Einheit Ladung ist, bestimme auch die kinetische Energie des Körpers, wenn er den Punkt B erreicht, wobei davon ausgegangen wird, dass die gesamte mechanische Energie des Körpers während der Bewegung erhalten bleibt und der Körper im Punkt A in Ruhe startet.

Wenn wir elektrische Ladungen in ein elektrisches Feld setzen, kann elektrische potenzielle Energie erzeugt werden. Wie steht die Beziehung zwischen der elektrischen Ladung und der erzeugten elektrischen potenziellen Energie?

In unserem Alltag nutzen verschiedene Geräte elektrische potenzielle Energie, um zu funktionieren. Zum Beispiel ist in einem Handy der Akku dafür verantwortlich, diese Form von Energie zu speichern, damit das Gerät eingeschaltet werden und richtig funktionieren kann. Was ist die Funktion des Akkus in diesem Prozess?

Während einer Laborübung müssen die Schüler die elektrische potenzielle Energie zwischen zwei Ladungen messen und die Faktoren verstehen, die diese Interaktionen beeinflussen. Zwei Punktladungen, q1 = 5μC und q2 = -3μC, sind durch eine Distanz d = 4 m im Vakuum getrennt. a) Berechnen Sie die elektrische potenzielle Energie zwischen den beiden Ladungen. b) Wenn die Entfernung zwischen den Ladungen auf d = 2 m verändert wird, wie wird die neue elektrische potenzielle Energie aussehen? c) Beschreiben Sie, wie die elektrische potenzielle Energie in Abhängigkeit von der Distanz und den beteiligten Ladungen variiert, indem Sie Ihre Antworten aus den vorherigen Punkten und das Coulombsche Gesetz nutzen.

Betrachten Sie ein Experiment, bei dem zwei Protonen in einem festen Abstand zueinander gehalten werden. Die elektrische potenzielle Energie zwischen den Protonen ist die Energie, die aufgrund der Wechselwirkung zwischen ihren elektrischen Ladungen gespeichert ist. Gegeben: elektrostatische Konstante k = 8,99 x 10^9 N.m²/C², Ladung des Protons Q = 1,6 x 10^-19 C und Abstand zwischen den Protonen d = 5 x 10^-10 m. (a) Bestimmen Sie die elektrische potenzielle Energie zwischen den beiden Protonen. (b) Wenn eine zweite Ladung Q in der mittleren Position zwischen den beiden Protonen hinzugefügt wird, berechnen Sie die gesamte elektrische potenzielle Energie des Systems mit drei Ladungen. (c) Diskutieren Sie, wie die Hinzufügung der zweiten Ladung die elektrische potenzielle Energie zwischen den ursprünglichen Protonen beeinflusst.