Fragenbank: Elektrizität: Elektrische Potenzialenergie

Zwei Paare von punktförmigen elektrischen Ladungen mit den Werten +Q und -2Q sind an den Ecken eines Quadrats mit der Seitenlänge L positioniert. Die Ladung -Q befindet sich an der Ecke A, die Ladung +Q an der Ecke B, die Ladung -2Q an der Ecke C und die Ladung +Q an der Ecke D. Berechnen Sie die Gesamtspannung des elektrischen Potenzials des Systems.

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.

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?

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.