Exemple de questions sur l'énergie potentielle électrique

Exemple de questions sur l'énergie potentielle électrique

1. Un électron, initialement au repos, est accéléré par une différence de potentiel de 12 volts. Quelle est la variation de son énergie potentielle ?
Discussion
Il est connu que :
Muatan 1 électron (e) = -1,60 x 10^{- 19} Coulomb
Différence de potentiel électrique = tension électrique (V) = 12 volts
Demandé: Variation de l'énergie potentielle des électrons (ΔEP)
Répondre :
ΔEP = q V = (-1,60 x 10^{- 19} C)(12 V) = -19,2 x 10^{- 19} Joule
Le signe négatif signifie énergie potentielle électrique L'énergie potentielle électrique de l'électron diminue. À proximité d'une plaque chargée négativement, elle est maximale. À proximité d'une plaque chargée positivement, elle est minimale.

2. Deux plaques parallèles sont chargées l'une positivement, l'autre négativement. Le champ électrique entre les deux plaques est de 500 volts par mètre. La distance entre les deux plaques est de 2 cm. Déterminez la variation d'énergie potentielle d'un proton lorsqu'il passe de la plaque chargée positivement à la plaque chargée négativement.
Discussion
Il est connu que :
champ électrique entre les deux plaques (E) = 500 volts/mètre
Distance entre les deux plaques (s) = 2 cm = 0,02 mètre
Charge du proton = +1,60 x 10^{- 19} Coulomb
Demandé: Variation de l'énergie potentielle électrique (ΔEP)
Répondre :

Commencez par calculer la différence de potentiel ou tension électrique :

V = E s
V = (500 volts/mètre)(0,02 mètre)
V = 10 volts

Variations de l'énergie potentielle électrique :

ΔEP = q V
ΔEP = (1,60 x 10^{- 19} C)(10 V)
ΔEP = 16 x 10^{- 19} Joule
ΔEP = 1,6 x 10^{- 18} Joule

À proximité d'une plaque chargée positivement, l'énergie potentielle électrique du proton est maximale. À proximité d'une plaque chargée négativement, elle est minimale. Par conséquent, lorsqu'un proton se déplace d'une plaque chargée positivement vers une plaque chargée négativement, son énergie potentielle électrique diminue.

3. Deux charges sont disposées comme indiqué sur la figure ci-dessous. La charge en A est de +9 μC et la charge en B est de -4 μC. La constante de Coulomb (k) = 9 × 10⁻⁵ J/(1 ...⁹ Nm²C^-2, 1 μC = 10^-6 C. De combien l'énergie potentielle électrique de la charge B change-t-elle si elle se déplace vers la charge A ?
Discussion
Il est connu que :
Charge A (q₁) = +9 μC = +9 x 10^-6 C
Charge B (q₁) = -4 μC = -4 x 10^-6 C
Constante de Coulomb (k) = 9 x 10⁹ Nm²C^-2
La distance entre les charges A et B (r) = 10 cm = 0,1 mètre = 10^-1 XNUMX ou XNUMX
Demandé: Variation de l'énergie potentielle électrique de la charge B lorsqu'elle se déplace vers la charge A
Répondre :

La charge B se déplace vers la charge A de sorte que son énergie potentielle électrique diminue de 2,4 joules.
C'est comparable à un objet massif se déplaçant vers le bas, en direction de la Terre, de sorte que sa hauteur et son énergie potentielle gravitationnelle diminuent.

4. Une particule ayant une charge de \( q = 5 \times 10^{-6} \) C est placée dans un champ électrique avec un potentiel de \( V = 300 \) V. Quelle est l'énergie potentielle électrique de la particule ?

Discussion:
L'énergie potentielle électrique est donnée par :
\[ U = q \times V \]
\[ U = 5 \times 10^{-6} \times 300 \]
\[ U = 1.5 \times 10^{-3} \] J

5. Un électron est placé dans un champ électrique de potentiel 500 V. Quelle est l'énergie potentielle électrique de cet électron ?

Discussion:
Charge de l'électron \( q = -1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ U = q \times V \]
\[ U = -1.6 \times 10^{-19} \times 500 \]
\[ U = -8 \times 10^{-17} \] J

6. Un proton passe d'un potentiel de 100 V à 200 V. Quelle est la variation de son énergie potentielle ?

Discussion:
Charge du proton \( q = 1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ \Delta U = q \times \Delta V \]
\[ \Delta U = 1.6 \times 10^{-19} \times (200 – 100) \]
\[ \Delta U = 1.6 \times 10^{-17} \] J

7. Deux objets portant des charges \( q_1 = 2 \times 10^{-6} \) C et \( q_2 = -3 \times 10^{-6} \) C sont placés dans un champ électrique de potentiel \( V = 400 \) V. Quelle est l'énergie potentielle totale des deux objets ?

Discussion:
\[ U_1 = q_1 \times V \]
\[ U_2 = q_2 \times V \]
\[ U_{total} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{total} = (2 \times 10^{-6} + (-3 \times 10^{-6})) \times 400 \]
\[ U_{total} = -4 \times 10^{-3} \] J

8. Un ion de charge \( q = 4e \) (où \( e \) est la charge élémentaire) se trouve dans un champ électrique de potentiel \( V = 250 \) V. Quelle est l'énergie potentielle électrique de l'ion ?

Discussion:
\[ U = q \times V \]
\[ U = 4 \times 1.6 \times 10^{-19} \times 250 \]
\[ U = 1.6 \times 10^{-16} \] J

9. On sait qu'une particule ayant une charge de \( q = -7 \times 10^{-5} \) C a une énergie potentielle de \( 2 \times 10^{-2} \) J. Quel est le potentiel du champ électrique à l'endroit où se trouve la particule ?

Discussion:
\[ U = q \times V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
\[ V = \frac{2 \times 10^{-2}}{-7 \times 10^{-5}} \]
\[ V = -285.71 \] V

10. Deux objets avec des charges \( q_1 = 5e \) et \( q_2 = -2e \) sont dans un champ électrique avec un potentiel de \( V = 300 \) V. Quelle est l'énergie potentielle totale des deux objets ?

Discussion:
\[ U_1 = q_1 \times V \]
\[ U_2 = q_2 \times V \]
\[ U_{total} = U_1 + U_2 \]
\[ U_{total} = (5 \times 1.6 \times 10^{-19} – 2 \times 1.6 \times 10^{-19}) \times 300 \]
\[ U_{total} = 1.44 \times 10^{-16} \] J

11. Un ion avec une charge \( q = -3e \) a une énergie potentielle de \( -9.6 \times 10^{-19} \) J. Quel est le potentiel du champ électrique à l'endroit où se trouve l'ion ?

Discussion:
\[ U = q \times V \]
\[ V = \frac{U}{q} \]
\[ V = \frac{-9.6 \times 10^{-19}}{-3 \times 1.6 \times 10^{-19}} \]
\[ V = 200 \] V

12. On sait que l'énergie potentielle électrique d'une charge \( q \) dans un champ électrique avec un potentiel \( V = 450 \) V est de \( 9 \times 10^{-18} \) J. Quelle est la charge \( q \) ?

Discussion:
\[ U = q \times V \]
\[ q = \frac{U}{V} \]
\[ q = \frac{9 \times 10^{-18}}{450} \]
\[ q = 2 \times 10^{-20} \] C

13. Une charge positive \( q = 1.5 \times 10^{-19} \) C est déplacée d'un point de potentiel \( V_1 = 100 \) V à \( V_2 = 500 \) V. Quel est le changement d'énergie potentielle ?

Discussion:
\[ \Delta U = q \times \Delta V \]
\[ \Delta U = 1.5 \times 10^{-19} \times (500 – 100) \]
\[ \Delta U = 6 \times 10^{-17} \] J