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SG078    Epot = q · U

Potenzielle Energie

Spannung

Glossar

Physik für Schülerinnen und Schüler

Wir betrachten einen (Parallel-)Plattenkondensator. Um eine positive Probeladung von der negativen in Richtung zur positiven Platte zu einem Punkt P2 zu verschieben, muss eine (positive) Verschiebungsarbeit W = q · E · s verrichtet werden. s ist dabei der (senkrechte) Abstand des Zielpunkts P2 von der negativen Platte. Diese Arbeit ist dann als potenzielle Energie (im Vergleich zur negativen Platte) in der Probeladung gespeichert:

Epot = q · E · s

Die Beziehung gilt entsprechend auch, wenn der Ausgangspunkt P1 nicht auf der negativen Platte liegt.

Zwischen den Punkten P1 und P2 wird eine Spannung U definiert durch U = W/q   (Verschiebungsarbeit pro Ladungsmenge für die Verschiebung der Ladung q von P1 nach P2). Es ergibt sich dann U = E · s , wobei s der Abstand zwischen beiden Punkten längs einer Feldlinie ist. Eine Ladung q hat dann am Punkt P2 im Vergleich zu P1 die potenzielle Energie

      Epot = q · U     . 

Verschiebt man die Ladung q von der negativen zur positiven Platte bei einem Plattenabstand d ergibt sich also

Daraus folgt die Energieeinheit 1 eV (Elektronvolt).

     U = E · d       bzw.      E = U/d    .

Dass zwischen beliebigen Punkten P1 und P2 im elektrischen Feld eine Spannung U herrschen soll, ist zunächst überraschend; denn die Punkte könnten auch keinerlei Verbindung mit einer der Platten haben. Mit einer Flammensonde lassen sich solche Spannungen messen. Statt Spannung sagt man in diesem Fall auch Potenzialdifferenz.


Durch die Verschiebungsarbeit W erhält man nur dann die potenzielle Energie, wenn W keinen Anteil von kinetischer Energie enthält. Deshalb führt man dabei die Verschiebung beliebig langsam durch, so dass also immer Kräftegleichgewicht zwischen der verschiebenden Kraft und der Feldkraft eingehalten wird.

*)

1 eV ist die Energie, die ein Elektron bei der Beschleunigung aus der Ruhe mit der Spannung U = 1 V aufnimmt. Damit lässt sich sehr leicht rechnen: Nach der Beschleunigung durch die Spannung 50 000 V besitzt es dann also die kinetische Energie 50 000 eV = 50 keV (Kiloelektronvolt).

Zur Umrechnung:

Wegen Epot = q·U: 1 eV = 1,6·10-19 A·s·1 V = 1,6·10-19 J

1 eV = 1,6·10-19 J