Potentiell energi
Potentiell energi är den lagrade eller uppdämda energin i ett objekt. Den kontrasteras ofta mot den kinetiska energin.
Inom fysiken är potentiell energi den energi som ett föremål har på grund av sin position i ett kraftfält eller som ett system har på grund av hur dess delar är arrangerade. Vanliga typer är t.ex. ett objekts gravitationella potentiella energi som beror på dess vertikala läge och massa, den elastiska potentiella energin hos en utdragen fjäder och den elektriska potentiella energin hos en laddning i ett elektriskt fält. SI-enheten för energi är joule (symbol J).
Potentiell energi förknippas ofta med återställande krafter, t.ex. en fjäder eller gravitationskraften. Åtgärden att sträcka ut fjädern eller lyfta massan utförs av en yttre kraft som arbetar mot potentialens kraftfält. Detta arbete lagras i kraftfältet, vilket sägs vara lagrat som potentiell energi. Om den yttre kraften avlägsnas verkar kraftfältet på kroppen för att utföra arbetet då det förflyttar kroppen tillbaka till utgångsläget, vilket minskar fjäderns sträckning eller får en kropp att falla. När detta sker övergår den potentiella energin till kinetisk energi. Den totala energin förblir densamma på grund av lagen om energins bevarande.
Fysiker säger att potentiell energi är skillnaden mellan energin hos ett föremål i ett visst läge och dess energi i ett referensläge.
Enkla exempel
Om en sten förs uppåt ökar dess potentiella energi under gravitationen. Om man sträcker ut ett gummiband ökar dess elastiska potentiella energi, som är en form av elektrisk potentiell energi. En blandning av ett bränsle och ett oxidationsmedel har en kemisk potentiell energi, vilket är en annan form av elektrisk potentiell energi. Även batterier har kemisk potentiell energi.
Typer av potentiell energi
Det finns olika typer av potentiell energi, var och en förknippad med en viss typ av kraft.
Potentiell gravitationsenergi
Gravitationspotentiell energi upplevs av ett objekt när höjd och massa är en faktor i systemet. Gravitationspotentiell energi får objekt att röra sig mot varandra. Om ett föremål lyfts upp på ett visst avstånd från jordens yta orsakas kraften av vikten och höjden. Arbete definieras som kraft över en sträcka, och arbete är ett annat ord för energi. Den potentiella energi som tillförs när man lyfter ett föremål är:
U = F Δ h {\displaystyle U=F\Delta h}
där
F {\displaystyle F}är tyngdkraften.
Δ h {\displaystyle \Delta h}är höjdförändringen.
eller .
U = m g h {\displaystyle U=mgh}
Här är g = 9.81 m / s 2 {\textstyle g=9.81\ \mathrm {m/s} ^{2}} är accelerationen på grund av gravitationen.
Det totala arbete som utförs av gravitationspotentialenergin när ett föremål faller från position 1 till position 2 är:
Δ W = U 1 - U 2 {\displaystyle \Delta W=U_{1}-U_{2}}
eller .
Δ W = m g h 1 - m g h 2 {\displaystyle \Delta W=mgh_{1}-mgh_{2}}
där
m {\displaystyle m} är objektets massa.
h 1 {\displaystyle h_{1}}första positionen
h 2 {\displaystyle h_{2}} är den andra positionen.
Elektrisk potentiell energi
Elektrisk potentiell energi upplevs av både olika och likadana laddningar när de stöter bort eller drar till sig varandra. Laddningar kan antingen vara positiva (+) eller negativa (-), där motsatta laddningar attraheras och liknande laddningar stöts bort. Om två laddningar placeras på ett visst avstånd från varandra kan den potentiella energin som lagras mellan laddningarna beräknas genom:
U = k Q q q r {\displaystyle U={\frac {kQq}{r}}}
där
k {\displaystyle k} är 1/4πє (för luft eller vakuum är det 9 x 10 9 N m 2 / C 2 {\displaystyle 9x10^{9}Nm^{2}/C^{2}}} )
Q {\displaystyle Q} är den första laddningen.
q {\displaystyle q} är den andra laddningen.
r {\displaystyle r} är avståndet mellan varandra.
Elastisk potentiell energi
Elastisk potentiell energi upplevs när ett gummiaktigt material dras bort eller trycks ihop. Mängden potentiell energi som materialet har beror på hur långt man drar eller trycker. Ju längre avståndet som skjuts, desto större elastisk potentiell energi har materialet. Om ett material dras eller skjuts kan den potentiella energin beräknas genom:
U = 1 2 k x 2 {\displaystyle U={\frac {1}{2}}}kx^{2}}}
där
k {\displaystyle k} är fjäderkraftskonstanten (hur väl materialet sträcks eller komprimeras).
x {\displaystyle x} är det avstånd som materialet har flyttats från sin ursprungliga position.
Relaterade sidor
Frågor och svar
F: Vad är potentiell energi?
S: Potentiell energi är den lagrade eller uppdämda energin i ett objekt. Den kontrasteras ofta mot kinetisk energi och är den energi som ett objekt har på grund av sin position i ett kraftfält eller som ett system har på grund av hur dess delar är arrangerade.
F: Vilka är några vanliga typer av potentiell energi?
S: Vanliga typer av potentiell energi är gravitationell potentiell energi, elastisk potentiell energi och elektrisk potentiell energi.
F: Vad är SI-enheten för att mäta energi?
S: SI-enheten för att mäta energi är joule (symbol J).
F: Hur lagras arbete i form av potentiell energi?
S: Arbete lagras som potentiell energi när det utförs av en yttre kraft som verkar mot potentialens kraftfält. Arbetet lagras då i kraftfältet som potentiell energi.
F: Hur omvandlas potentiell energi till kinetisk energi?
S: När en yttre kraft som arbetade mot ett kraftfält för en given position avlägsnas, får detta kroppen att flytta tillbaka till sin ursprungliga position, vilket minskar eventuell sträckning av en fjäder eller får en kropp att falla. Vid denna tidpunkt ändras all befintlig potential till kinetisk och den totala mängden totalt sett förblir konstant på grund av lagen om energins bevarande.
F: Hur definierar fysiker potentiell energi?
S: Fysiker säger att potentiell energi kan definieras som skillnaden mellan energin hos ett objekt i en given position och i en referensposition.