Potentsiaalid

Potentsiaalid on mitmekülgne mõiste, mida kasutatakse erinevates teadusharudes potentsiaali või potentsiaalset energiat ning selle mõju kirjeldamiseks. Erinevates kontekstides võib potentsiaal tähistada elektrilist või gravitatsioonilist potentsiaali, keemilist potentsiaali, matemaatilist potentsiaaliteooriat või bioloogilisi potentsiaale nagu aktsioonipotentsiaal.

Elektriline potentsiaal on töö, mida üks laeng teatud kohas teeks, jagatuna laengu kohta. See on skalaalne suurus V, mille gradient annab elektrivälja E = -∇V. Potentsiaalide erinevus kahe punkti vahel määrab töö ja voolu. Gravitatsioonipotentsiaal Φ kirjeldab potentsiaalset energiat iga massiühiku kohta; jõud on g = -∇Φ.

Keemiline potentsiaal μ kirjeldab ühe komponendi lisamise või eemaldamisega seotud energiat. See muutub temperatuurist, rõhust ja kontsentratsioonist. Elektrokeemilises kontekstis μ_i = μ_i^0 + RT ln a_i + z_i F φ ühendab keemilise ja elektrilise mõju. Potentsiaalierinevused soosivad difusiooni ja reaktsioone.

Matemaatikas ja füüsikas uuritakse potentsiaaliteooriat, kus lahendatakse potentsiaalide ja nende allikatega seotud piiranguprobleeme. Potentsiaalid nagu Coulombi, Newtoni või Laplase potentsiaalid aitavad lahendada piirangutega probleemid ning kirjeldavad väli ja allikate vahelisi suhteid E = -∇V.

Bioloogias mängivad potentsiaalid olulist rolli närvis ja lihasüsteemides. Membraanipotentsiaal on rakulise tasakaalu tulemus; aktsioonipotentsiaal on kiiresti esilekerkiv elektriline impuls, mis edastab signaale. Närvirakul on puhkeolekus membraanipotentsiaal umbes -70 millivolti.