Das Konzept der potentiellen Energie bezieht sich auf die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Position in einem Kraftfeld besitzt. Dies kann auch an der Konfiguration seiner Teile liegen.
Mechanische Energie ist die Summe dieser Energie und der kinetischen Energie eines Körpers.
Diese Energie kann naturgemäß in eine andere Art von Energie umgewandelt werden.
Die häufigsten Arten potentieller Energie sind Gravitation, Federelastizität, Elektrizität, Elektrostatik und Chemie. Wir erklären sie weiter unten.
Gravitationspotentialenergie
Die potentielle Gravitationsenergie ist die potentielle Energie, die ein Objekt durch den Gravitationseffekt eines anderen Objekts (im Allgemeinen sehr großer Körper wie der Erde) gewinnt.
Diese Energie ist direkt proportional zur Masse des Objekts und zur Größe der angezogenen Masse. Die Größe der angezogenen Masse erzeugt die Beschleunigung der Schwerkraft. Diese Beschleunigung für die Erde beträgt ungefähr 9,8 m / s² auf der Erdoberfläche.
Die potentielle Energie der Gravitation entspricht der Energie, die erforderlich ist, um ein Objekt in einer bestimmten Höhe zu positionieren.
Es wird Gravitationsenergie oder potentielle Gravitationsenergie genannt. Für ein Objekt mit der Masse m in Höhe h gilt der folgende Ausdruck für die Gravitationsenergie des Objekts:
E = m · g · h
Wo (in SI-Einheiten):
E - Die potentielle Energie in Joule (J).
m - die Masse in Kilogramm (kg)
h - Höhe in Metern (m)
g - die Beschleunigung des Sturzes in m / s² (ungefähr 9,81 m / s²)
Die potentielle Energie der Gravitation, wenn sich das Objekt auf der Ebene befindet. h = 0 wird auf Null gesetzt.
Befindet sich dieses Objekt jedoch in großer Entfernung von der Erdoberfläche, ist die Schwerkraft nicht mehr konstant und die obige Formel gilt nicht mehr.
Der Ausdruck der potentiellen Gravitationsenergie wird dann:
Die potentielle Energie in unendlicher Entfernung von der Erde ist hier bei Null, weil die Formel die einfachste ist (dies liegt daran, dass die Energiedifferenz hier im Gegensatz zu vielen anderen Fällen eine endliche Grenze hat). Die potentielle Energie ist daher immer negativ und nimmt wie im oben erwähnten Modell zu, wenn sich das Objekt von der Erde entfernt.
Ein Beispiel für diesen Typ ist eine Achterbahn. Der Moment, in dem sich das Auto am höchsten Punkt befindet, ist der Moment, in dem es die meiste potentielle Energie und kaum kinetische Energie hat.
Die Schwerkraft übt eine Kraft aus, die das Auto nach unten drückt. Während des Abstiegs wird die Energie in kinetische Energie umgewandelt.
An den tiefsten Punkten wurden die kinetischen und potentiellen Energien umgekehrt.
Elastische potentielle Energie
Elastische potentielle Energie ist Energie, die in der Fähigkeit eines Körpers gespeichert ist, in seine natürliche Position zurückzukehren. Diese Energieform wird auch Federenergie oder potentielle elastische Energie genannt.
Die Elastizität ist eine Eigenschaft bestimmter Materialien, durch die sie, sobald sie verformt, gedehnt oder von ihrer Ausgangsposition getrennt sind, ihren ursprünglichen Zustand oder ihr Gleichgewicht wiedererlangen können.
Eine lineare (ideale) Feder mit der Federkonstante k, die in einem Abstand Δl gezogen (oder gedrückt) wird, hat eine Zunahme der Federenergie von:
Elektrische potentielle Energie
Elektrische potentielle Energie ist potentielle Energie, die aus den konservativen Kräften von Coulomb resultiert. Diese Energie ist mit der Konfiguration verschiedener Punktlasten in einem definierten System verbunden.
Es kann auch als elektrostatische potentielle Energie bezeichnet werden.
Ein Objekt kann aufgrund zweier Hauptelemente elektrische potentielle Energie haben: seine eigene elektrische Ladung und seine Position relativ zu anderen elektrisch geladenen Objekten.
Chemische potentielle Energie
Chemische Bindungen können potentielle Energie speichern. Die chemische potentielle Energie hängt mit der strukturellen Anordnung von Atomen oder Molekülen zusammen. Diese Anordnung kann das Ergebnis chemischer Bindungen innerhalb eines Moleküls oder auf andere Weise sein.
Chemische Energie kann durch eine chemische Reaktion in andere Energieformen umgewandelt werden.
Beispiele für chemische potentielle Energie:
Wenn ein Kraftstoff verbrannt wird, wird chemische Energie in Wärme umgewandelt
Während des Stoffwechsels der Verdauung. In einem biologischen Organismus metabolisierte Lebensmittel werden in Energie umgewandelt.
Der Photosynthesevorgang. Durch diesen Prozess wandeln grüne Pflanzen Sonnenenergie in chemische Energie um.
Elektrochemische Reaktionen. Elektrische Energie kann durch elektrochemische Reaktionen in chemische Energie umgewandelt werden. Diese Reaktionen treten während des Batterieladens auf.
