전기 위치 에너지 관련 문제의 예시

전기 위치 에너지 관련 문제 예시

1. 전자가 정지 상태에서 12볼트의 전위차를 통해 가속됩니다. 전자의 위치 에너지 변화량은 얼마입니까?
논의
알려진 바에 따르면:
짐 전자 1개(e) = -1,60 x 10^-19 쿨롱
전위차 = 전압(V) = 12볼트
질문: 전자 위치 에너지 변화(ΔEP)
답변 :
ΔEP = q V = (-1,60 x 10^-19 C)(12 V) = -19,2 x 10^-19 줄
마이너스 부호는 다음을 의미합니다. 전기적 위치 에너지 전자의 위치 에너지는 감소합니다. 음전하를 띤 판 근처에 있을 때 전자의 위치 에너지는 최대가 됩니다. 양전하를 띤 판 근처에 도달하면 전자의 위치 에너지는 최소가 됩니다.

2. 두 개의 평행판이 각각 양전하와 음전하를 띠고 있습니다. 두 판 사이의 전기장은 500V/m이고, 두 판 사이의 거리는 2cm입니다. 양성자가 양전하를 띤 판에서 음전하를 띤 판으로 이동할 때의 위치 에너지 변화량을 구하세요!
논의
알려진 바에 따르면:
전기장 두 판 사이의 전압(E) = 500볼트/미터
두 판 사이의 거리(s) = 2cm = 0,02미터
양성자 전하량 = +1,60 x 10^-19 쿨롱
질문: 전기 위치 에너지 변화량(ΔEP)
답변 :

먼저 전위차를 계산하거나 tegangan listrik :

V = E s
V = (500볼트/미터)(0,02미터)
V = 10볼트

전기적 위치 에너지의 변화:

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

양성자는 양전하를 띤 판 근처에 있을 때 전기 위치 에너지가 최대가 됩니다. 음전하를 띤 판 근처에 도달하면 양성자의 전기 위치 에너지는 최소가 됩니다. 따라서 양전하를 띤 판에서 음전하를 띤 판으로 이동할 때 양성자의 전기 위치 에너지는 감소합니다.

3. 두 전하가 아래 그림과 같이 배치되어 있습니다. A 지점의 전하는 +9 μC이고, B 지점의 전하는 -4 μC입니다. 쿨롱 상수(k) = 9 x 10⁻⁴⁹ Nm²C^{- 2}, 1 μC = 10^{- 6} C. 전하 B가 전하 A 쪽으로 이동하면 전하 B의 전기적 위치 에너지는 얼마나 변합니까?
논의
알려진 바에 따르면:
전하 A(q)₁) = +9 μC = +9 x 10^{- 6} C
전하 B(q)₁) = -4 μC = -4 x 10^{- 6} C
쿨롱 상수(k) = 9 x 10⁹ Nm²C^{- 2}
전하 A와 B 사이의 거리(r) = 10cm = 0,1미터 = 10^-1 미터
질문: 전하 B가 전하 A로 이동할 때 전기적 위치 에너지의 변화
답변 :

전하 B가 전하 A 쪽으로 이동하여 전기적 위치 에너지가 2,4줄 감소합니다.
이는 질량이 큰 물체가 지구를 향해 아래로 움직이면서 높이와 중력 위치 에너지가 감소하는 것과 유사합니다.

4. 전하량이 \( q = 5 \times 10^{-6} \) C인 입자가 전위가 \( V = 300 \) V인 전기장 내에 놓여 있습니다. 이 입자의 전기적 위치 에너지는 얼마입니까?

논의:
전기적 위치 에너지는 다음과 같이 주어진다:
\[ U = q \times V \]
\[ U = 5 \times 10^{-6} \times 300 \]
\[ U = 1.5 \times 10^{-3} \] J

5. 전자가 500V의 전위를 가진 전기장 내에 놓여 있습니다. 이 전자의 전기 위치 에너지는 얼마입니까?

논의:
전자 전하 \( q = -1.6 \times 10^{-19} \) C.
\[ U = q \times V \]
\[ U = -1.6 \times 10^{-19} \times 500 \]
\[ U = -8 \times 10^{-17} \] J

6. 양성자가 100V의 전위에서 200V의 전위로 이동합니다. 양성자의 위치 에너지 변화량은 얼마입니까?

논의:
양성자 전하 \( q = 1.6 \times 10^{-19} \) 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. 전하량이 \( q_1 = 2 \times 10^{-6} \) C와 \( q_2 = -3 \times 10^{-6} \) C인 두 물체가 \( V = 400 \) V의 전위를 가진 전기장 내에 놓여 있다. 두 물체의 총 위치 에너지는 얼마인가?

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

8. 전하량이 \( q = 4e \)인 이온(여기서 \( e \)는 기본 전하량임)이 전위 \( V = 250 \) V인 전기장 내에 있습니다. 이 이온의 전기 위치 에너지는 얼마입니까?

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

9. 전하량이 \( q = -7 \times 10^{-5} \) C인 입자가 \( 2 \times 10^{-2} \) J의 위치 에너지를 가지고 있는 것으로 알려져 있습니다. 이 입자가 위치한 곳의 전기장의 전위는 얼마입니까?

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

10. 전하량이 \( q_1 = 5e \)와 \( q_2 = -2e \)인 두 물체가 \( V = 300 \) V의 전위를 가진 전기장 내에 있습니다. 두 물체의 총 위치 에너지는 얼마입니까?

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

11. 전하가 \( q = -3e \)인 이온의 위치 에너지는 \( -9.6 \times 10^{-19} \) J입니다. 이 이온이 위치한 곳의 전기장 전위는 얼마입니까?

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

12. 전위가 \( V = 450 \) V인 전기장 내에 있는 전하 \( q \)의 전기 위치 에너지는 \( 9 \times 10^{-18} \) J인 것으로 알려져 있습니다. 전하 \( q \)는 얼마입니까?

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

13. 양전하 \( q = 1.5 \times 10^{-19} \) C가 전위 \( V_1 = 100 \) V인 지점에서 \( V_2 = 500 \) V인 지점으로 이동했습니다. 위치 에너지의 변화량은 얼마입니까?

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