Potentiaalit

Potentiaalit ovat käsite, jota käytetään useilla tieteenaloilla kuvaamaan potentiaalienergian tai potentiaalin määrää tietyssä systeemissä. Ne voivat olla skalaarisia tai vektorisia ja ne liittyvät usein kenttien ja voiman määrittelyyn. Potentiaalin käsite auttaa ymmärtämään, miten voimat syntyvät ja miten järjestelmä muuttuu energiatasojen kautta.

Fysikaalisissa konteksteissa potentiaalit liittyvät usein energia-kenttäpareihin. Esimerkiksi potentiaalienergia U(x) ja voimat F = -∇U ovat yhteydessä toisiinsa. Sähkötieteissä puhutaan sähköisestä potentiaalista V, ja kentän E suhde on E = -∇V (löyhä riippuen mahdollisesta aikakomponentista). Sähköpotentiaali määrittelee työn per yksikkövaraukselle, kun varaus siirretään pisteestä toiseen. Gravitational potential φ puolestaan määrittelee gravitaation kentän g = -∇φ; potentiaalitasoero vastaa työn suuruutta massaa kohden.

Kemiallisessa termodynamiikassa kemiallinen potentiaali μ kertoo, kuinka paljon Gibbsin vapaa energia muuttuu, kun lisätään hiukkanen järjestelmään. μ ohjaa diffuusiota ja faasien tasaosuuksia; at equilibrium kemialliset potentiaalit ovat tasan, jolloin aine ei yleensä kierrä. Kvanttimekaniikassa potentiaali V(x) näkyy fuqtiona Schrödingerin yhtälössä ja määrittää hiukkasen käyttäytymistä sekä energianjakautumaa.

Potentiaaleilla on usein sekä skalaarisia että vektorisia muotoja (esim. sähköinen potentiaali ja vektoripotentiaali A, josta E ja B voidaan johdella). Potentiaalin tilinteko on usein määritelmän upottaminen referenssiin, sillä additiivinen vakio ei vaikuta kenttien fysiikkaan.