Elektrisches Potential
Das elektrische Potential, bezeichnet mit V (oder gelegentlich φ), ist eine skalare physikalische Größe, die die potentielle Energie einer Einheitsladung in einem elektrostatischen Feld beschreibt. Es ist definiert als die Menge an Arbeitsenergie, die benötigt wird, um eine Einheit der elektrischen Ladung von einem Referenzpunkt zu einem spezifischen Punkt im elektrischen Feld zu bewegen. Obwohl das Konzept des elektrischen Potentials nützlich ist, um elektrische Phänomene zu verstehen, sind nur Unterschiede in der potentiellen Energie messbar.
Das elektrische Potential kann durch die Formel Va = Ua/q ausgedrückt werden, wobei Ua die potentielle Energie bei einer bestimmten Ladung und q die Ladung selbst ist. In den internationalen Einheiten (SI) wird das elektrische Potential in Joule pro Coulomb (J⋅C-1), oder Volt (V), ausgedrückt.
Messung und Analogie
Unterschiede in der potentiellen Energie werden mit einem Voltmeter gemessen. Ein Unterschied im elektrischen Potential ist analog zu einem Unterschied im Gravitationspotential. Das elektrische Feld E ist analog zu g, was wir als Beschleunigung durch die Schwerkraft bezeichnen, das eigentlich das Gravitationsfeld ist. Der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten entspricht der Menge an Arbeit, die erforderlich wäre, um eine Einheits-Testladung zwischen diesen Punkten zu bewegen.
Elektrische Potentialdifferenz
Für elektrische Schaltkreise ist die elektrische Potentialdifferenz als Spannung bekannt. Sie ist der Unterschied im elektrischen Potential zwischen zwei Punkten eines elektrischen Schaltkreises. Der Potentialunterschied Vba zwischen zwei Punkten a und b ist gleich der negativen Arbeit Wba, die vom elektrischen Feld geleistet wird, wenn die Ladung von a nach b bewegt wird.
Elektrische potentielle Energie
Die elektrische potentielle Energie, bezeichnet mit U, ist eine skalare physikalische Größe, die benötigt wird, um eine Ladung gegen ein elektrisches Feld zu bewegen. Die SI-Einheit der elektrischen potentiellen Energie ist das Joule (J). Beispielsweise ist die elektrostatische potentielle Energie UE einer Punkt-Ladung q am Ort r in der Nähe einer Punkt-Ladung Q, unter der Annahme einer unendlichen Trennung der Ladungen als Referenzposition, gegeben.
Elektronenvolt – Energieeinheit
In der Atom- und Teilchenphysik sind Energiemaße in der SI-Einheit Joule oft unhandlich. Eine bequemere (aber nicht SI-Einheit) ist das Elektronenvolt (eV). Ein Elektronenvolt entspricht der Energie, die ein einzelnes Elektron beim Durchlaufen einer elektrischen Potentialdifferenz von 1 Volt gewinnt. Die auf das Elektron geleistete Arbeit W beträgt W = qV = (1.6 x 10-19 C) x (1 J/C) = 1.6 x 10-19 J.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das elektrische Potential? Das elektrische Potential, bezeichnet mit V (oder gelegentlich φ), beschreibt die potentielle Energie einer Einheitsladung in einem elektrostatischen Feld.
Was ist die Analogie zum elektrischen Potential? Ein elektrischer Potentialunterschied ist analog zu einem Gravitationspotentialunterschied.
Was ist wichtig für das elektrische Potential? Obwohl das Konzept des elektrischen Potentials nützlich ist, sind nur Unterschiede in der potentiellen Energie messbar.
