Indhold
- Potentiel energiformel til jordens gravitationsfelt
- Elastisk potentiel energi
- Elektrisk potentiale eller spænding
Potentiel energi lyder som dens simpelthen energi, der ikke er blevet aktualiseret, og at tænke på den sådan, kan lulle dig til at tro, at den ikke er reel. Stå dog under et sikkert ophængt 30 fod over jorden, og din mening kan ændre sig. Pengeskabet har potentiel energi på grund af tyngdekraften, og hvis nogen skulle skære rebet, der holder det, ville energien blive til kinetisk energi, og på det tidspunkt, hvor pengeskabet nåede dig, ville det have nok "aktualiseret" energi til at give dig en splittende hovedpine.
En bedre potentiel energidefinition er lagret energi, og det kræver "arbejde" at lagre energien. Fysik har en specifik definition af arbejde - arbejde udføres, når en kraft bevæger et objekt over en afstand. Arbejde er relateret til energi. Det måles i joules i SI-systemet., Som også er potentielle og kinetiske energienheder. For at konvertere arbejde til potentiel energi skal du handle mod en bestemt type kraft, og der er flere. Kraften kan være gravitation, en fjeder eller et elektrisk felt. Kraftens egenskaber bestemmer mængden af potentiel energi, du opbevarer ved at arbejde imod den.
Potentiel energiformel til jordens gravitationsfelt
Den måde, gravitationen fungerer på, er, at to kroppe tiltrækker hinanden, men alt på jorden er så lille sammenlignet med planeten selv, at kun jordens gravitationsfelt er markant. Hvis du løfter en krop (m) over jorden, oplever det legeme en kraft, der har en tendens til at få det til at accelerere mod jorden. Styrkens styrke (F), fra Newtons 2. lov, er givet af F = mg, hvor g er accelerationen på grund af tyngdekraften, som er en konstant overalt på Jorden.
Antag, at du løfter kroppen til en højde h. Mængden af arbejde, du udfører for at udføre dette, er kraft × afstand, eller MGH. Dette arbejde gemmes som potentiel energi, så den potentielle energiligning for jordens gravitationsfelt er simpelthen:
Tyngdepotentiale energi = MGH
Elastisk potentiel energi
Fjedre, gummibånd og andre elastiske materialer kan lagre energi, hvilket er væsentligt hvad du gør, når du trækker en bue tilbage lige før du skyder en pil. Når du strækker eller komprimerer en fjeder, udøver den en modsat kraft, der virker for at gendanne fjederen til dens ligevægtsposition Størrelsen af kraften er proportional med den afstand, du strækker eller komprimerer den (x). Proportionalitetskonstanten (k) er karakteristisk for foråret. I henhold til Hookes-loven F = −kx. Minustegnet indikerer fjederens gendannelseskraft, der virker i den modsatte retning som den, der strækker eller komprimerer den.
For at beregne den potentielle energi, der er lagret i et elastisk materiale, skal du erkende, at kraften bliver større som x stiger. I en uendelig afstand er F dog konstant. Ved at opsummere kræfterne for alle de uendelige afstande mellem 0 (ligevægt) og den endelige udvidelse eller komprimering x, kan du beregne det udførte arbejde og den lagrede energi. Denne summeringsproces er en matematisk teknik kaldet integration. Det producerer den potentielle energiformel for et elastisk materiale:
Potentiel energi = kx2/2
hvor x er udvidelsen og k er forårskonstanten.
Elektrisk potentiale eller spænding
Overvej at flytte en positiv afgift q inden for et elektrisk felt genereret af en større positiv ladning Q. På grund af elektriske frastødende kræfter tager det arbejde at flytte den mindre ladning tættere på den større. I henhold til Coulombs-loven er kraften mellem ladningerne på ethvert tidspunkt kqQ/r2, hvor r er afstanden mellem dem. I dette tilfælde, k er Coulombs konstant, ikke fjederkonstanten. Fysikere betegner dem begge ved k. Du beregner den potentielle energi ved at overveje det arbejde, der er nødvendigt for at bevæge sig q fra uendeligt langt fra Q til dets afstand r. Dette giver den elektriske potentiale-ligning:
Elektrisk potentiel energi = kqQ/r
Det elektriske potentiale er lidt anderledes. Dens mængden af energi, der er gemt pr. Enhed, og dens kendt som spænding, måles i volt (joules / coulomb). Ligningen for det elektriske potentiale eller spænding, der genereres af ladningen Q på afstand r er:
Elektrisk potentiale = kQ/r