Energiepotenzial

Energiepotenzial, auch als Potenzialenergie bezeichnet, ist die in einem System gespeicherte Energie, die aus Lage oder Konfiguration in einem Kraftfeld resultiert. In Form einer Potenzialfunktion U(q) beschreibt sie die mechanische Energie, die durch Verschieben des Systems gegen die Kräfte des Feldes aufgebracht wird. Für eine konfigurierbare Koordinate q gilt die Kraft F = -dU/dq, und damit die Arbeit, die nötig ist, um den Zustand zu ändern. Potenzialenergie ist in der Regel nur relativ zu einem frei wählbaren Nullpunkt definiert; Unterschiede in U sind physikalisch bedeutsam.

Zu den typischen Formen gehören die Gravitationspotenzialenergie U = mgh, die elastische Potenzialenergie U = 1/2 k x^2 bei Federn, und die elektrische Potenzialenergie U = k q1 q2 / r in Coulomb-Feldern. In der Chemie entspricht die Bindungsenergie der Potenzialenergie der Moleküle, und auch bei der Beschreibung von Reaktionspfaden spielen Potenzialenergien eine zentrale Rolle; Potenzialenergielandschaften geben die energetische Topografie an den Koordinaten eines Systems wieder.

In mechanischen Systemen ohne nicht-konservative Kräfte gilt die Gesamtenergie E = U + K, wobei Veränderungen der potenziellen Energie in entsprechende Änderungen der kinetischen Energie übergehen. Anwendungen finden sich in der Analyse von Bewegungen, der Stabilität von Systemen, der Auslegung von Feder- und Pendelsystemen sowie in der Bestimmung von Reaktionspfaden in der Chemie.

Siehe auch: Potenzialenergie, Potenzialfläche.