energiapotentsiaali

Energiapotentiaali, jota usein kutsutaan potentiaalienergiaksi, on energian osa, joka liittyy järjestelmän sijoittumiseen ulkoisen voiman tai kentän vaikutusalueella. Se on energian tallennettu muoto, joka muuttuu, kun järjestelmän konfiguraatio muuttuu. Potentiaalienergia ei laadultaan liiku, vaan muuttuu siihen nojautuvan voiman työn avulla. Se on myös hyvin riippuvainen viite- tai nolla-arvosta, jonka asettaa järjestelmän kannalta sopivaksi.

Matemaattisesti energiapotentiaali U määritellään usein konservatiiviselle voimalle siten, että voima F liittyy potentiaalienergian gradienttiin seuraavasti: F = -∇U. Yhden ulottuvuuden tapauksessa F = -dU/dx. Jos voimat ovat konservatiivisia, kenttä on kasteleva ja potentiaalienergian nollatason valinta on vapaasti määräytyvää. Potentiaalienergia on kvalitatiivisesti määritelty muutos, eikä absoluuttinen arvo itsessään.

Esimerkkejä energiapotentiaalienergian lähteistä ovat:

- Gravitiivinen potentiaalienergia U = mgh lähellä Maan pintaa, jossa h on korkeus ja g on gravitaatiokiihtyvyys.

- Jousipotentiaalienergia U = 1/2 kx^2, missä k on jousivakio ja x on puristus/venytys.

- Sähköinen potentiaalienergia U = k q1 q2 / r kahden varatun kappaleen välillä, missä r on etäisyys.

- Kemiallinen potentiaalienergia, joka liittyy kemiallisten sidosten energiatasoihin.

Energiapotentiaalin muutos liittyy työn tekemiseen konservatiivisten voimien vaikutuksesta. Kokonaisenergia E = T + U (liike-energia T sekä potentiaalienergia U) on suljetussa systeemissä säilyvä. Epäkonservatiivinen työ muuttaa energiaa heatiksi tai muihin muotoihin.