Innhold
- Potensiell energiformel for jordens gravitasjonsfelt
- Elastisk potensiell energi
- Elektrisk potensial eller spenning
Potensiell energi høres ut som den ganske enkle energien som ikke har blitt aktualisert, og det å tenke på den slik kan føre deg til å tro at den ikke er ekte. Stå imidlertid under et trygt hengende 30 meter over bakken, og din mening kan endre seg. Pengeskapet har potensiell energi på grunn av tyngdekraften, og hvis noen skulle kutte tauet som holder det, ville den energien bli til kinetisk energi, og når den safen nådde deg, ville den ha nok "aktualisert" energi til å gi du en splittende hodepine.
En bedre potensiell energidefinisjon er lagret energi, og det tar "arbeid" for å lagre energien. Fysikk har en spesifikk definisjon av arbeid - arbeid utføres når en kraft beveger et objekt over en avstand. Arbeid er relatert til energi. Det måles i joules i SI-systemet., Som også er potensielle og kinetiske energienheter. For å konvertere arbeid til potensiell energi, må du handle mot en bestemt type kraft, og det er flere. Kraften kan være gravitasjon, en fjær eller et elektrisk felt. Karakteristikkene til styrken bestemmer mengden potensiell energi du lagrer ved å gjøre arbeid mot den.
Potensiell energiformel for jordens gravitasjonsfelt
Måten gravitasjon fungerer er at to kropper tiltrekker hverandre, men alt på jorden er så lite sammenlignet med planeten selv at bare jordens gravitasjonsfelt er betydelig. Hvis du løfter kroppenm) over bakken opplever den kroppen en kraft som har en tendens til å få den til å akselerere mot bakken. Størrelsen på styrken (F), fra Newtons 2. lov, er gitt av F = mg, hvor g er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften, som er en konstant overalt på jorden.
Anta at du løfter kroppen til en høyde h. Mengden arbeid du gjør for å oppnå dette er kraft × avstand, eller MGH. Dette arbeidet blir lagret som potensiell energi, så den potensielle energilikningen for jordens gravitasjonsfelt er ganske enkelt:
Gravitasjonspotensiell energi = MGH
Elastisk potensiell energi
Fjærer, gummibånd og andre elastiske materialer kan lagre energi, noe som egentlig er hva du gjør når du trekker tilbake en bue rett før du skyter en pil. Når du strekker eller komprimerer en fjær, utøver den en motsatt kraft som virker for å gjenopprette fjæren til sin likevektsstilling Størrelsen på kraften er proporsjonal med avstanden du strekker eller komprimerer den (x). Proporsjonalitetskonstanten (k) er karakteristisk for våren. I henhold til Hookes lov, F = −kx. Minustegnet indikerer fjærens gjenopprettingskraft, som virker i motsatt retning av den som strekker eller komprimerer den.
For å beregne potensiell energi lagret i et elastisk materiale, må du innse at kraften blir større som x øker. For en uendelig avstand er F imidlertid konstant. Ved å oppsummere kreftene til alle de uendelige avstandene mellom 0 (likevekt) og den endelige forlengelsen eller kompresjonen x, kan du beregne utført arbeid og lagret energi. Denne summeringsprosessen er en matematisk teknikk som kalles integrasjon. Den produserer den potensielle energiformelen for et elastisk materiale:
Potensiell energi = kx2/2
hvor x er utvidelsen og k er våren konstant.
Elektrisk potensial eller spenning
Vurder å flytte en positiv ladning q innenfor et elektrisk felt generert av en større positiv ladning Q. På grunn av elektriske frastøtende krefter tar det arbeid å flytte den mindre ladningen nærmere den større. I følge Coulombs-loven er styrken mellom anklagene på noe tidspunkt kqQ/r2, hvor r er avstanden mellom dem. I dette tilfellet, k er Coulombs konstant, ikke vårens konstante. Fysikere betegner begge av etter k. Du beregner potensiell energi ved å vurdere arbeidet som trengs for å bevege deg q fra uendelig langt fra Q til dets avstand r. Dette gir den elektriske potensielle energilikningen:
Elektrisk potensiell energi = kqQ/r
Elektrisk potensial er litt annerledes. Dens mengden energi som er lagret per enhetsladning, og dens kjent som spenning, måler i volt (joules / coulomb). Ligningen for det elektriske potensialet eller spenningen som genereres av ladningen Q på avstand r er:
Elektrisk potensial = KQ/r