Potentielle Energiephysik

Potenzielle Energie, gespeicherte Energie, die von der relativen Position verschiedener Teile eines Systems abhängt. Eine Feder hat mehr potentielle Energie, wenn sie zusammengedrückt oder gedehnt wird. Eine Stahlkugel hat mehr potentielle Energie über dem Boden als nach dem Fall auf die Erde. In angehobener Position kann es mehr arbeiten. Potenzielle Energie ist eine Eigenschaft eines Systems und nicht eines einzelnen Körpers oder Partikels. Das System, das zum Beispiel aus der Erde und der angehobenen Kugel besteht, hat mehr potentielle Energie, wenn die beiden weiter voneinander entfernt sind.

Potenzielle Energie entsteht in Systemen mit Teilen, die Kräfte in einer Größenordnung auf einander ausüben, die von der Konfiguration oder relativen Position der Teile abhängt. Im Fall des Erdkugelsystems hängt die Schwerkraft zwischen den beiden nur von der Entfernung ab, die sie voneinander trennt. Die Arbeit, die geleistet wird, um sie weiter zu trennen oder den Ball anzuheben, überträgt zusätzliche Energie auf das System, wo sie als potentielle Gravitationsenergie gespeichert wird.

Potenzielle Energie umfasst auch andere Formen. Die zwischen den Platten eines geladenen Kondensators gespeicherte Energie ist elektrische potentielle Energie. Was allgemein als chemische Energie bekannt ist, die Fähigkeit einer Substanz, durch Änderung der Zusammensetzung zu arbeiten oder Wärme zu entwickeln, kann als potentielle Energie angesehen werden, die aus den gegenseitigen Kräften zwischen ihren Molekülen und Atomen resultiert. Kernenergie ist auch eine Form potentieller Energie.

Die potentielle Energie eines Partikelsystems hängt nur von ihrer Anfangs- und Endkonfiguration ab; es ist unabhängig von dem Weg, den die Partikel zurücklegen. Im Fall der Stahlkugel und der Erde ist die potentielle Energie dieselbe, unabhängig davon, wie oder auf welchem ​​Weg die Kugel angehoben wurde, wenn die Anfangsposition der Kugel in Bodennähe und die Endposition 10 Fuß über dem Boden liegt. Der Wert der potentiellen Energie ist willkürlich und relativ zur Wahl des Bezugspunkts. In dem oben angegebenen Fall hätte das System doppelt so viel potentielle Energie, wenn die Anfangsposition der Boden eines 10 Fuß tiefen Lochs wäre.

Die potentielle Gravitationsenergie in der Nähe der Erdoberfläche kann berechnet werden, indem das Gewicht eines Objekts mit seiner Entfernung über dem Referenzpunkt multipliziert wird. In gebundenen Systemen wie Atomen, in denen Elektronen durch die elektrische Anziehungskraft auf Kerne gehalten werden, ist die Nullreferenz für potentielle Energie ein Abstand vom Kern, der so groß ist, dass die elektrische Kraft nicht nachweisbar ist. In diesem Fall haben gebundene Elektronen eine negative potentielle Energie, und diejenigen, die sehr weit entfernt sind, haben keine potentielle Energie.

Potenzielle Energie kann in Bewegungsenergie umgewandelt werden, die als kinetische Energie bezeichnet wird, und wiederum in andere Formen wie elektrische Energie. Somit fließt das Wasser hinter einem Damm durch Turbinen, die elektrische Generatoren antreiben, in niedrigere Niveaus und erzeugt elektrische Energie sowie etwas unbrauchbare Wärmeenergie, die aus Turbulenzen und Reibung resultiert.

In der Vergangenheit wurde potentielle Energie in kinetische Energie als Form mechanischer Energie einbezogen, so dass die Gesamtenergie in Gravitationssystemen als Konstante berechnet werden konnte.