Was ist elektrische potentielle Energie?
Elektrische potentielle Energie ist ein Maß für die Menge an elektrischer Energie, die an einem bestimmten Ort oder in einem Gerät, beispielsweise einer Batterie, gespeichert ist. Die gebräuchlichste Messung elektrischer potentieller Energie ist Volt. Dies vereinfacht die potentielle Energie technisch in elektrisches Potential, mit dem Unterschied, dass sie pro Ladungseinheit gemessen wird, anstatt alle spezifischen Ladungen zu berücksichtigen. Dies ist die Menge an Arbeit, die möglicherweise aufgrund der Position oder bestimmten Konfiguration der elektrischen Ladungen ausgeführt werden kann.
Das Verständnis der potentiellen Gravitationsenergie ist ein guter Weg, um die Idee der potentiellen elektrischen Energie zu verstehen. Die Schwerkraft ist eine Kraft, die alle Materiekörper aufeinander zu zieht, und die Schwerkraft der Erde hält die Dinge auf dem Boden. Wenn jemand einen 2,2 Pfund (1 kg) schweren Stein 1 m über der Erde halten würde, würde er oder sie im Grunde gegen die Schwerkraft kämpfen. Die Gravitationskraft der Erde würde versuchen, diesen Stein nach unten zu ziehen, und diese Kraft auf den unbewegten Stein ist die potentielle Gravitationsenergie, abhängig von der Entfernung von der Erde und dem Gewicht des Objekts. Die potentielle Energie wird freigesetzt, wenn der Stein fallen gelassen wird.
Eine elektrische Ladung kann auf die gleiche Weise Energie gespeichert haben, wie es ein über der Erde gehaltener Stein tut. Man könnte sich eine Van-de-Graff-Kugel vorstellen - ein elektrisches Gerät, das außen positiv geladen ist und das häufig in wissenschaftlichen Experimenten verwendet wird, um Dinge wie statische Elektrizität zu zeigen - und eine andere positive elektrische Ladung, die von der Kugel ferngehalten wird. Um die positive Ladung an den äußeren Rand der Kugel zu schieben, wäre eine bestimmte Energiemenge erforderlich, um die durch das Gegenfeld erzeugte elektrische Abstoßung zu überwinden. Diese Energiemenge ist die elektrische potentielle Energie, und sie wird durch die Entfernung von der Quelle des elektrischen Feldes beeinflusst, wie ein weiter über der Erde gehaltener Stein mehr potentielle Gravitationsenergie hat. Wenn die von der Kugel ferngehaltene Ladung doppelt so stark wäre, hätte sie doppelt so viel Energie wie ein schwererer Stein im Gravitationsbeispiel.
Um die Bestimmung der spezifischen elektrischen Potentialenergie für ein bestimmtes Objekt oder einen bestimmten Stromkreis zu vereinfachen, wird der Begriff gewöhnlich vereinfacht, um unterschiedliche Ladungen zu berücksichtigen. Diese Messung wird in Joule pro Coulomb angegeben, wobei Joule eine Energieeinheit und Coulomb eine elektrische Krafteinheit ist. Dies bedeutet, dass ein bestimmter Ort innerhalb eines elektrischen Feldes ein elektrisches Potential von 12 Joule pro Coulomb aufweisen würde und daraus die spezifische elektrische Potentialenergie bestimmt werden kann. Eine Ladung mit einer Coulombzahl würde 12 Joule Energie haben, und eine Ladung mit zwei Coulombzahlen würde 24 Joule Energie haben.