Voorbeeld van Elektriese Potensiële Energie Vrae
1. 'n Elektron word vanuit rus versnel deur 'n potensiaalverskil van 12 volt. Wat is die verandering in die elektron se potensiële energie?
Bespreking
Dit is bekend dat:
Laai 1 elektron (e) = -1,60 x 10-19 Coulomb
Elektriese potensiaalverskil = elektriese spanning (V) = 12 Volt
Gevra: Verandering in elektron potensiële energie (ΔEP)
Antwoord:
ΔEP = q V = (-1,60 x 10-19 C)(12 V) = -19,2 x 10-19 Joule
Die negatiewe teken beteken elektriese potensiële energie neem af. Wanneer dit naby die negatief gelaaide plaat is, is die elektron se elektriese potensiële energie op sy maksimum. Nadat dit naby die positief gelaaide plaat aangekom het, is die elektron se elektriese potensiële energie op sy minimum.
2. Twee parallelle plate is elk positief en negatief gelaai. Die elektriese veld tussen die twee plate is 500 Volt/meter. Die afstand tussen die twee plate is 2 cm. Bepaal die verandering in potensiële energie van 'n proton wanneer dit van die positief gelaaide plaat na die negatief gelaaide plaat beweeg!
Bespreking
Dit is bekend dat:
Elektriese veld tussen die twee plate (E) = 500 Volt/meter
Afstand tussen die twee plate (s) = 2 cm = 0,02 meter
Protonlading = +1,60 x 10-19 Coulomb
Gevra: Verandering in elektriese potensiële energie (ΔEP)
Antwoord:
Bereken eers die potensiaalverskil of elektriese spanning :
V = E s
V = (500 Volt/meter)(0,02 meter)
V = 10 Volt
Veranderinge in elektriese potensiële energie:
ΔEP = qV
ΔEP = (1,60 x 10-19 C)(10 V)
ΔEP = 16 x 10-19 Joule
ΔEP = 1,6 x 10-18 Joule
Wanneer dit naby die positief gelaaide plaat is, is die proton se elektriese potensiële energie op sy maksimum. Wanneer dit naby die negatief gelaaide plaat aankom, is die proton se elektriese potensiële energie op sy minimum. Daarom, wanneer dit van die positief gelaaide plaat na die negatief gelaaide plaat beweeg, neem die proton se elektriese potensiële energie af.
3. Twee ladings word gerangskik soos in die figuur hieronder getoon. Die lading by A is +9 μC en die lading by B is -4 μC. Coulomb se konstante (k) = 9 x 109 Nm2C-2, 1 μC = 10-6 C. Hoeveel verander die elektriese potensiële energie van lading B as dit na lading A beweeg?
Bespreking
Dit is bekend dat:
Lading A (q1) = +9 μC = +9 x 10-6 C
Lading B (q1) = -4 μC = -4 x 10-6 C
Coulomb se konstante (k) = 9 x 109 Nm2C-2
Die afstand tussen ladings A en B (r) = 10 cm = 0,1 meter = 10-1 meter
Gevra: Verandering in elektriese potensiële energie van lading B as dit na lading A beweeg
Antwoord:
Lading B beweeg na lading A sodat die elektriese potensiële energie daarvan met 2,4 Joule afneem.
Dit is soortgelyk aan 'n massavoorwerp wat afwaarts na die aarde beweeg sodat die hoogte en gravitasiepotensiële energie daarvan afneem.
4. 'n Deeltjie met 'n lading van q = 5 × 10⁻⁶ C word in 'n elektriese veld met 'n potensiaal van V = 300 V geplaas. Wat is die elektriese potensiële energie van die deeltjie?
Bespreking:
Die elektriese potensiële energie word gegee deur:
\[ U = q \maal V \]
\[ U = 5 \maal 10^{-6} \maal 300 \]
\[ U = 1.5 \maal 10^{-3} \] J
5. 'n Elektron word in 'n elektriese veld met 'n potensiaal van 500 V geplaas. Wat is die elektriese potensiële energie van die elektron?
Bespreking:
Elektronlading (q = -1.6 × 10⁻¹) C.
\[ U = q \maal V \]
\[ U = -1.6 \maal 10^{-19} \maal 500 \]
\[ U = -8 \times 10^{-17} \] J
6. 'n Proton beweeg van 'n potensiaal van 100 V na 200 V. Wat is die verandering in sy potensiële energie?
Bespreking:
Protonlading (q = 1.6 × 10⁻¹) C.
[ΔU = q keer ΔV]
[ΔU = 1.6 × 10⁻⁹ × (200 – 100)]
[ΔU = 1.6 × 10⁻⁷ J]
7. Twee voorwerpe met ladings (q₁ = 2 × 10⁻⁶) C en (q₂ = -3 × 10⁻⁶) C word in 'n elektriese veld met 'n potensiaal van (V = 400) V geplaas. Wat is die totale potensiële energie van die twee voorwerpe?
Bespreking:
\[ U_1 = q_1 \maal V \]
\[ U_2 = q_2 \maal V \]
\[ U_{totaal} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{totaal} = (2 \maal 10^{-6} + (-3 \maal 10^{-6})) \maal 400 \]
\[ U_{totaal} = -4 \maal 10^{-3} \] J
8. 'n Ioon met lading q = 4e (waar e die elementêre lading is) is in 'n elektriese veld met potensiële V (V = 250) V. Wat is die elektriese potensiële energie van die ioon?
Bespreking:
\[ U = q \maal V \]
\[ U = 4 \maal 1.6 \maal 10^{-19} \maal 250 \]
\[ U = 1.6 \maal 10^{-16} \] J
9. Dit is bekend dat 'n deeltjie met 'n lading van (q = -7 × 10⁻⁴) C 'n potensiële energie van (2 × 10⁻⁴) J het. Wat is die potensiaal van die elektriese veld waar die deeltjie geleë is?
Bespreking:
\[ U = q \maal V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
[V = \frac{2 \times 10^{-2}}{-7 \times 10^{-5}}]
[V = -285.71] V
10. Twee voorwerpe met ladings q(1 = 5e) en q(2 = -2e) is in 'n elektriese veld met 'n potensiaal van V = 300) V. Wat is die totale potensiële energie van die twee voorwerpe?
Bespreking:
\[ U_1 = q_1 \maal V \]
\[ U_2 = q_2 \maal V \]
\[ U_{totaal} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{totaal} = (5 maal 1.6 maal 10^{-19} – 2 maal 1.6 maal 10^{-19}) maal 300 \]
\[ U_{totaal} = 1.44 \maal 10^{-16} \] J
11. 'n Ioon met 'n lading (q = -3e) het 'n potensiële energie van (-9.6 × 10⁻¹) J. Wat is die potensiaal van die elektriese veld waar die ioon geleë is?
Bespreking:
\[ U = q \maal V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
[V = \frac{-9.6 \times 10^{-19}}{-3 \times 1.6 \times 10^{-19}}]
\[V = 200 \] V
12. Dit is bekend dat die elektriese potensiële energie van 'n lading (q) in 'n elektriese veld met potensiaal (V = 450) V (9 keer 10-18) J is. Wat is die lading (q)?
Bespreking:
\[ U = q \maal V \]
\[ q = \frac{U}{V} \]
[q = \frac{9 \times 10^{-18}}{450} \]
\[ q = 2 \times 10^{-20} \] C
13. 'n Positiewe lading (q = 1.5 x 10⁻¹) C word vanaf 'n punt met potensiële (V⁴ = 100) V na (V⁴ = 500) V verskuif. Wat is die verandering in potensiële energie?
Bespreking:
[ΔU = q keer ΔV]
[ΔU = 1.5 × 10⁻⁹ × (500 – 100)]
[ΔU = 6 × 10⁻⁷ J]
