Menu

Central nuclear d'Isar, Alemanya

Piscina de combustible nuclear gastat

Turbina d'una central nuclear

Energia potencial

Energia potencial

L'energia potencial és l'energia que un objecte posseeix per la seva posició en un camp de forces o que un sistema té causa de la configuració de les parts.

Aquesta forma d'energia és una magnitud escalar la  unitat de mesura de el Sistema Internacional d'Unitats és el joule (J).

Aquesta  forma d'energia s'associa amb les forces que actuen sobre un cos de tal manera que això només depèn de la posició de el cos en l'espai. Aquestes forces poden ser representades per un vector en qualsevol punt de l'espai formant el que es coneix com a camp vectorial de forces o camp de forces.

definició

Si el treball d'un camp de forces que actua sobre un cos que es mou d'una posició inicial a una posició final queda determinat només per aquestes dues posicions, i per tant, no depèn de la trajectòria de el cos, llavors existeix una funció anomenada energia potencial que pot ser avaluada a les dues posicions per determinar el treball.

El terme energia potencial va ser introduït per l'enginyer i físic escocès de segle XIX William Rankine, tot i que té relació amb el concepte de el filòsof grec Aristòtil sobre la potencialitat.

Quins són els tipus d'energia potencial?

Els tipus d'energia potencial més comuns són:

  • Energia potencial gravitatòria que depèn de la posició vertical i de la massa d'un objecte.
  • Energia potencial elàstica d'una molla. Que la  energia emmagatzemada en un moll comprimit.
  • Energia potencial elèctrica d'una càrrega en un camp elèctric.
  • Energia  potencial electrostàtica.
  • Energia potencial química.

Què és l'energia potencial gravitatòria?

L'energia potencial gravitatòria és l'energia potencial que guanya un objecte pel efecte gravitatori d'un altre objecte (generalment cossos molt grans, per exemple, la Terra, el Sol). Aquesta energia és directament proporcional a la massa de l'objecte i a la mida de la massa atreta. La magnitud de la massa atreta crea l'acceleració de la gravetat. Aquesta acceleració per al món és d'aproximadament 9.8 m / s² a la superfície de la terra.

L'energia potencial gravitatòria equival a la  energia necessària per situar un objecte a una determinada alçada.

A causa de que hi ha diferents tipus de forces, també hi ha diferents tipus d'energia potencial. L'energia potencial com a resultat de la força de la gravetat.

Per exemple, es diu energia gravitacional o potencial energia gravitacional. Per a un objecte amb massa m, en l'altura h, la següent expressió s'aplica a l'energia gravitacional de l'objecte:

E = m · g · h

On (en unitats SI):

I - L'energia potencial en joules (J).
m - la massa en quilograms (kg)
h - l'altura en metres (m)
g - l'acceleració de caiguda en m / s² (aproximadament 9.81 m / s²)

L'energia potencial gravitacional si l'objecte està en el nivell. h = 0 s'estableix a zero.

No obstant això, quan aquest objecte està situat a una gran distància de la superfície de la terra, la gravetat ja no és constant i la fórmula anterior ja no s'aplica.

L'expressió de l'energia gravitatòria potencial es converteix llavors en:

Energia potencial

L'energia potencial a una distància infinita de la Terra és aquí a zero, perquè la fórmula és la més simple (això és perquè, a diferència de molts altres casos, la diferència d'energia aquí té un límit finit). L'energia potencial és, per tant, sempre negativa, i com en el model esmentat anteriorment, augmenta a mesura que l'objecte s'allunya de la terra.

Què és l'energia potencial elàstica?

L'energia potencial elàstica és l'energia emmagatzemada a la  capacitat que té un cos  en tornar a la seva posició natural. Aquesta forma d'energia també es diu energia de ressort o energia elàstica potencial.

La elasticitat és una propietat de certs materials per la qual, un cop deformats, estirats o separats de la seva posició inicial, poden recuperar el seu estat original, o d'equilibri. Les forces recuperadores, quan l'objecte recupera la seva forma original gairebé sense amortiment o deformació, són conservatives i es pot derivar una energia potencial elàstica, que sumada a l'energia cinètica, permet obtenir l'energia mecànica de l'objecte.

Un ressort lineal (ideal) amb constant de ressort k que s'extreu (o empeny) a una distància Δl ​​té un augment en l'energia de l'ressort de:

Energia potencial

Què és l'energia potencial química?

L'energia potencial química està relacionada amb la disposició estructural dels àtoms o molècules. Aquesta disposició pot ser el resultat d'enllaços químics dins d'una molècula o d'una altra manera.

L'energia química d'una substància química pot transformar-se a altres formes d'energia mitjançant una reacció química.

Exemples d'energia potencial química:

  • Quan es crema un combustible, l'energia química es converteix en calor
  • Durant el procés metabòlic de la digestió. Els aliments metabolitzats en un organisme biològic es transformen en energia.
  • El procés de la fotosíntesi. Mitjançant aquest procés, les plantes verdes transformen l'energia solar en energia química.
  • Reaccions electroquímiques. L'energia elèctrica es pot convertir en energia química a través de reaccions electroquímiques. Aquestes reaccions s produeixen durant la càrrega de bateries.

Potencial químic

El potencial químic s'utilitza per indicar el potencial d'una substància a experimentar un canvi de configuració . Aquest canvi pot ser en forma d'una reacció química, transport espacial, intercanvi de partícules amb un dipòsit, etc.

El potencial químic no és una forma d'energia potencial en si mateix, però està més estretament relacionat amb l'energia lliure. 

Com es transforma l'energia potencial a altres tipus d'energia?

L'energia es pot manifestar en moltes formes, incloent:

  • Energia química.
  • Energia tèrmica.
  • Radiació electromagnètica.
  • Energia gravitacional.
  • Energia elèctrica.
  • Energia elàstica.
  • Energia nuclear.
  • Energia de la resta. 

Tots aquests tipus d'energia es poden classificar en dues classes principals: energia potencial i energia cinètica. L'energia potencial pot ser transferida entre objectes i transformada en altres tipus d'energia.

Exemple de transformació d'energia potencial

L'energia potencial es pot transformar en altres tipus d'energia com ara l'energia cinètica que es pot il·lustrar fàcilment mitjançant el següent exemple :

  1. A l'xutar una pilota al jugador transmet una energia potencial de la seva cama a la pilota.
  2. Aquesta energia inicial es converteix en energia potencial elàstica a la deformar la pilota i comprimir l'aire que té a dins.
  3. A l'recuperar la forma original, aquesta energia potencial elàstica es converteix en energia cinètica en el moment en què la pilota surt a tota velocitat. Tota l'energia potencial elàstica és energia  transformada en energia cinètica.
  4. Si el jugador ha xutat la pilota amb una trajectòria completament vertical, a mesura que la pilota vagi perdent velocitat anirà perdent energia cinètica, que es convertirà en energia potencial gravitatòria .
  5. Quan arribi a el punt més alt, la pilota no tindrà energia cinètica i tota la seva energia serà potencial.
  6. Quan la pilota comença a baixar, l'energia potencial gravitatòria torna a convertir-se en energia cinètica .
valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 2 de abril de 2020