Potentiel energi

Potentiel energi (også kaldet beliggenhedsenergi) er oplagret energi. Fx kan man lagre potentiel energi i et klassisk system ved at flytte et legeme modsat en konservativ kraft såsom tyngdekraften. Hvis legemet slippes, vil kraften få legemet til at bevæge sig tilbage igen - den potentielle energi omdannes derved til kinetisk energi. Til daglig oplagrer man altså potentiel energi, hver gang man løfter noget, men potentiel energi frigives, hver gang noget falder ned.

Et vandværk omdanner den potentielle energi i vandet til først kinetisk energi og derefter elektrisk energi.

Beregning af potentiel energi

Generelt gælder, at hvis legemet skal flyttes fra en position $x_{1}$ til en anden position $x_{2}$, alt imens legemet påvirkes af en kraft hvis størrelse $f(x)$ afhænger af legemets øjeblikkelige position $x$, så udveksles der en vis energimængde $\Delta E$:

$\Delta E=\int _{x_{1}}^{x_{2}}f(x)\,dx$

Konstant kraft

Hvis den kraft der skal overvindes er konstant, er hver længdeenhed Δs man flytter legemet (i retningen direkte imod kraften) ensbetydende med en konstant energimængde $\Delta E_{pot}$:

$\Delta E_{pot}=m\cdot g\cdot \Delta s$,

hvor $m$ er legemets masse i kg, og $g$ er den lokale tyngdeacceleration – og $\Delta s$ måles i meter.
Dette gælder for eksempel lokalt i et tyngdefelt, herunder Jordens: Så længe man nøjes med at flytte legemet nogle få kilometer (set i forhold til de ca. 6.300 km der er til Jordens tyngdepunkt), kan man uden nævneværdige regnefejl gå ud fra at tyngdekraften er konstant over hele den strækning legemet flyttes.

Gravitation

I forbindelse med f.eks. himmelmekanik kan man ikke bruge ovenstående generalisering om det lokale tyngdefelt, men må beregne den potentielle energi $E_{pot}$ i absolutte mål som:

$E_{pot}=-{\frac {G\cdot m_{1}\cdot m_{2}}{r}}$,

hvor $m_{1}$ og $m_{2}$ er masserne af de to legemer, der flyttes i forhold til hinanden, $r$ er afstanden imellem legemernes tyngdepunkter, og $G$ er den universelle gravitationskonstant.

Potentiel energi i en fjeder

En fjeder der opfylder Hookes lov for en sådan, udøver en vis trækkraft hvis størrelse er proportional med den afstand x fjederen strækkes (eller sammenpresses) fra sin hvilestilling. Proportionalitetsfaktoren k kaldes i denne sammenhæng for fjederkonstanten for den pågældende fjeder. Dette princip benyttedes som "depot" for mekanisk energi i gamle dages mekaniske ure, og den potentielle energi E_pot i fjederen beregnes som:

$E_{pot}={\frac {1}{2}}\cdot k\cdot x^{2}$

Bog

• Elvekjær, Finn & Nielsen, Børge Degn (1994): Fysikkens verden (bind 1): Energi - elektriske kredsløb. København, Gads Forlag. ISBN 87-12-02691-3

Se også

• Potential (fysik)