Das elektrische Potential und die elektrische Spannung als

Phy-11: (2.1.10) Das elektrische Potential und die elektrische Spannung als
Potentialdifferenz
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Kapitel: 2. Statische elektrische Felder / 2.1 Das elektrische Feldkonzept
Die potentielle Energie im elektrischen Feld wird von einer Bezugsfläche aus angegeben, an deren Bezugspunkt P0
die potentielle Energie jedes geladenen Körpers null beträgt. Ebenso ist jeder Punkt PA des elektrischen Feldes durch
die Energie gekennzeichnet, die man benötigt, um einen geladenen Probekörper vom Nullniveau nach PA zu
bringen. Teilt man diese Energie durch die Ladung des Probekörpers QP, so ist die Kennzeichnung des Punktes PA
vom der Ladung unabhängig. Man erhält das elektrische Potential:
Das elektrische Potential gibt an, wie viel Energie benötigt wird um einen geladenen Probekörper von einem
Bezugspunkt P0 nach PA zu verschieben. Es gilt der Zusammenhang:
Die Einheit des elektrischen Potentials ϕ ist Joule pro Coulomb bzw. Volt (1 = 1 V).
Das Potential in einem Punkt hängt nur vom Ort und der elektrischen Feldstärke ab (Größe der felderzeugenden
Ladung) ab. Es ist auch in inhomogenen Feldern unabhängig von der Probeladung Qp.
Das Potential in der Umgebung eines positiv geladenen
Zentralkörpers mit der Ladung Q hat positive Werte. Um
einen positiv geladenen Probekörper mit der Ladung QP dem
Zentralkörper anzunähern, ist daher Energie aufzuwenden.
Hat dagegen der Zentralkörper eine negative Ladung, so
wird ein positiv geladener Probekörper auf den
zentralkörper zu beschleunigt. Das Potential in dessen
Umgebung ist negativ.
Das Potential unterschiedlich geladener Körper kann daher
auch in Form von Potentialbergen und Potentialtrichtern
dargestellt werden.
In einem homogenen elektrischen Feld beträgt demzufolge das Potential in einem Punkt P1, wenn man im
Ausgangspunkt das Potential P0 mit null annimmt: ϕ = E · s
Bei beliebigen elektrischen Feldern wird als Bezugspunkt häufig ein Punkt im Unendlichen gewählt und die Arbeit
an einem positiv geladenen Körper betrachtet.
In einem Radialfeld mit Bezugspunkt für das Nullpotential im Unendlichen beträgt das Potential im Abstand r von
einer felderzeugenden Ladung:
Die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines elektrischen Feldes heißt elektrische Spannung U.
U = Δϕ = ϕ2 - ϕ1
Die Potentialdifferenz und damit die Spannung ist unabhängig davon, welcher Bezugspunkt als Nullpotential
gewählt wurde. Liegen zwei Punkte auf einer Äquipotentialfläche, so ist die Spannung zwischen ihnen null.
Gymnasium Bayern (G8) · Kurs: Physik Q 11 · © Philipp Gillemot, München 2014