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Lexikon Physik

Elektrische Energie

Allgemein versteht man unter „elektrischer Energie“ mit elektrischen Erscheinungen verbundene Energieformen. Im engeren Sinne ist damit der der Energieinhalt des elektrischen Felds, die elektrische Feldenergie gemeint. Da sich jedes elektrische Feld als Ableitung bzw. Gradient eines elektrischen Potenzials schreiben lässt, ist der Ausdruck „elektrische Feldenergie“ äquivalent zu „elektrische potenzielle Energie“.

Ein kleines, von einem homogenen elektrischen Feld \(\vec E\) erfülltes Volumenelement dV hat die Energie

\(E_\text{pot, el} = \dfrac 1 2 \cdot \epsilon \cdot \vec E^2 \cdot \text d V\)

(\(\epsilon\): Dielektrizitätskonstante). Wie schon gesagt, kann man anstelle des elektrischen Felds auch die Potenzialdifferenz zwischen dem Ort einer Probeladung Q und einem willkürlichen gewählten Bezugspunkt wählen, also die elektrische Spannung U zwischen diesen beiden Punkten:

\(E_\text{pot, el} = Q \cdot U\)

Aus dieser Gleichung kann man die beiden wichtigen Einheitengleichungen

\(\text{Joule} = \text{Coulomb} \cdot \text{Volt} \quad \text{bzw.} \quad 1\,\text J = 1\,\text C \cdot 1\,\text V \\ \text{Watt} = \text{Ampere} \cdot \text{Volt} \quad \text{bzw.} \quad 1\,\text W = 1\,\text A \cdot 1\,\text V\)

(Watt ist die Einheit der Leistung, Ampere die der Stromstärke).

Bei einem Plattenkondensator mit dem Plattenabstand d gilt

\(E_\text{pot, el} = Q \cdot \left| \vec E \right| \cdot d = \left| \vec F_\text C \right| \cdot d\)

\(\vec F_\text C\) ist die elektrostatische Coulomb-Kraft auf die Ladung. Wenn sich Ladungen in einem elektrischen Feld nicht auf einer Äquipotenzialfläche bewegen, leisten sie entweder Arbeit oder es wird an ihnen Arbeit geleistet, die man hier auch Stromarbeit nennt. Diese Arbeit ist dann natürlich exakt so groß wie die Änderung der potenziellen elektrischen Energie.

In der klassischen Theorie der Elektrodynamik fasst man elektrische und magnetische Energie zur elektromagnetischen Feldenergie zusammen.

 

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