Al vast univers de la física i la ciència, l'energia potencial es manifesta en diverses formes, cadascuna amb les seves pròpies característiques i aplicacions. Aquestes formes denergia potencial són fonamentals per comprendre com funciona el món que ens envolta, des del vol dun ocell fins al funcionament de centrals elèctriques.
En aquesta exploració dels tipus denergia potencial, examinarem les característiques generals daquesta classificació en una varietat de contextos, des de la influència gravitatòria en els objectes fins a la força magnètica subjacent en dispositius electrònics.
Cada tipus d'energia potencial té les seves propietats i la seva pròpia rellevància a la nostra vida quotidiana, i juntes ofereixen una visió més completa de l'increïble món de l'energia en totes les seves formes.
Energia potencial gravitatòria
L'energia potencial gravitacional és l'energia potencial que guanya un objecte per l'efecte gravitatori d'un altre objecte (generalment cossos molt grans com ara la Terral).
Aquesta energia és directament proporcional a la massa de l'objecte ia la mida de la massa atreta. La magnitud de la massa atreta crea lacceleració de la gravetat. Aquesta acceleració per a la Terra és d'aproximadament 9.8 m/s² a la superfície de la terra.
L'energia potencial gravitatòria equival a l'energia necessària per situar un objecte a una alçada determinada.
Es diu energia gravitacional o potencial energia gravitacional. Per a un objecte amb massa m, a l'alçada h, la següent expressió s'aplica a l'energia gravitacional de l'objecte:
E p = m·g·h
On (en unitats SI):
- E p - L'energia potencial als juliols (J).
- m - la massa en quilograms (kg)
- h - l'alçada en metres (m)
- g - l'acceleració de caiguda en m/s² (aproximadament 9.81 m/s²)
L'energia potencial gravitacional si l'objecte és al nivell h = 0 s'estableix en zero.
Tot i això, quan aquest objecte està ubicat 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 aleshores en:
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.
Un exemple daquest tipus és una muntanya russa. En el moment en què el cotxe és a la part més alta és quan té més energia potencial ia penes té energia cinètica.
La força de la gravetat exerceix una força que empeny el xoc a baixar. Durant la baixada, l'energia és transformada en energia cinètica.
Als punts més baixos, les energies cinètica i potencial s'han invertit.
Energia potencial elàstica
Lenergia potencial elàstica és lenergia emmagatzemada en la capacitat que té un cos en tornar a la seva posició natural. Aquesta forma denergia també sanomena energia de ressort o energia elàstica potencial.
L'elasticitat és una propietat de certs materials per la qual, un cop deformats, estirats o separats de la posició inicial, poden recuperar-ne l'estat original, o d'equilibri.
Un ressort lineal (ideal) amb constant de ressort k que s'extreu (o empeny) a una distància Δl té un augment en l'energia del ressort de:
Energia potencial elèctrica
L'energia potencial elèctrica és energia potencial resultant de les forces conservadores de Coulomb. Aquesta energia està associada a la configuració de diverses càrregues puntuals en un sistema definit.
També es pot anomenar energia potencial electrostàtica.
Un objecte pot tenir energia potencial elèctrica a causa de dos elements principals: la seva pròpia càrrega elèctrica i la seva posició respecte d'altres objectes carregats elèctricament.
Energia potencial química
Els enllaços químics són capaços demmagatzemar energia potencial. L'energia potencial química està relacionada amb la disposició estructural dels àtoms o les molècules. Aquesta disposició pot ser el resultat denllaços químics dins duna molècula o duna altra manera.
L'energia química es pot transformar a altres formes d'energia mitjançant una reacció química.
Exemples denergia 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. Lenergia elèctrica es pot convertir en energia química a través de reaccions electroquímiques. Aquestes reaccions s produeixen durant la càrrega de bateries.
Energia potencial nuclear
L'energia potencial nuclear és una forma d'energia que es troba emmagatzemada als nuclis dels àtoms. Es basa en les forces atractives que mantenen units els components subatòmics, anomenats nucleons, que componen el nucli.
Aquesta energia s'allibera o s'absorbeix durant reaccions nuclears, com ara la fusió i la fissió nuclear.
- Durant la fissió nuclear, un nucli pesant es divideix en nuclis més lleugers, alliberant una gran quantitat denergia en forma de calor i radiació.
- D'altra banda, en la fusió nuclear, nuclis lleugers es combinen per formar-ne un de més pesat, alliberant encara més energia.
L'energia potencial nuclear és la força darrere de la immensa quantitat d'energia alliberada al sol i és un component clau en la generació d'electricitat a centrals nuclears.
L'estudi i el control de l'energia potencial nuclear tenen aplicacions tant pacífiques com militars. En aplicacions pacífiques, es fa servir en la generació d'energia nuclear per a la producció d'electricitat. Tot i això, l'alliberament no controlat d'aquesta energia en forma d'armes nuclears pot tenir conseqüències catastròfiques.
Energia potencial magnètica
Lenergia potencial magnètica es relaciona amb lenergia emmagatzemada en un camp magnètic. Els imants i les bobines de filferro amb corrent elèctric són exemples de sistemes que poden contenir aquesta forma denergia.
Quan movem un imant o alterem el corrent en una bobina, l'energia potencial magnètica es transforma en energia cinètica o elèctrica, tal com passa als generadors elèctrics.
Energia potencial tèrmica
L'energia potencial tèrmica fa referència a l'energia emmagatzemada a la temperatura d'un sistema. En aquest context, la temperatura més alta d'un objecte o substància s'associa amb una energia tèrmica potencial més gran.
Aquesta energia es pot aprofitar per fer treball útil en aplicacions de màquines tèrmiques, com ara motors de combustió interna o turbines de vapor. Quan la calor es transfereix d'un sistema a un altre, l'energia potencial tèrmica es pot convertir en treball mecànic, electricitat o qualsevol altra forma d'energia útil segons l'aplicació, cosa que la converteix en un component essencial en la generació d'energia i en diverses àrees de la tecnologia.
Energia potencial de pou quàntic
L'energia potencial de pou quàntic és un concepte essencial en la física quàntica i es relaciona amb l'energia emmagatzemada per partícules subatòmiques confinades en estructures microscòpiques anomenades "pous quàntics".
Aquests pous quàntics són com a trampes per a partícules, on les partícules es mantenen dins de límits ben definits.
Energia potencial de ressort torsional
En sistemes mecànics que impliquen ressorts torsionals (ressorts que es torsionen en lloc d'estirar-se o comprimir-se), s'emmagatzema energia potencial torsional.
Aquesta energia potencial sallibera quan el ressort torsional es relaxa i torna a la seva posició dequilibri. Aquesta forma denergia té aplicacions en dispositius com rellotges i eines de mesura de torsió.
