Potansiyel enerji

Potansiyel enerji, cisimlerin bir alanda bulundukları fiziksel durumlardan ötürü depoladığı kabul edilen enerjidir. Örneğin yükseğe kaldırılan bir cisim, barajlarda biriken su, sıkıştırılan veya gerilen yay potansiyel enerji depolar. Potansiyel enerji mevcut alandaki konuma veya cisimdeki değişikliğe bağlıdır. EP ya da U ile gösterilir. Birimi diğer enerjiler gibi Joule'dür. (J)

Potansiyel enerji terimi ilk kez İskoç mühendis ve fizikçi William Rankine tarafından kullanılmıştır. Türkçedeki potansiyel kelimesinin kökeni Fransızca “Potentiel” kelimesinden gelmektedir. Potansiyel kelimesi; gizli kalmış, henüz varlığı ortaya çıkmamış, gizli anlamlarında gelecekte oluşması, gelişmesi mümkün olan durumlar için kullanılan bir sıfattır.

Genel bakış 

Potansiyel enerji bir cismin düşük potansiyelden yüksek potansiyele geçtiğinde biriken enerjidir. Örneğin bir cisim yerden yükseğe çıkarıldığında yüksek bölge daha yüksek potansiyele sahip olduğundan cisimde potansiyel enerji birikir. Bir elektrik yükü yüksek potansiyelden alçak potansiyele gitmek isteyecektir çünkü bu yüke etki eden bir geri çağırıcı kuvvet vardır.

Bir cismi yüksek potansiyele taşımak için yapılan iş cismin kazandığı potansiyel enerjiye eşittir. Yani potansiyel enerji değişimi korunumlu kuvvet tarafından yapılan işe eşittir:

 

W: yapılan iş, ΔU: potansiyel enerjideki değişim

Örneğin m kütleli bir cismi yerçekimi ivmesinin g olduğu bir yerde, yerden h kadar yukarı çıkardığımızı düşünelim. Kaldırmak için gereken kuvvet cismin ağırlığına eşit olacaktır. Yani F=mg cismi h kadar yukarı çıkardığımız için yaptığımız iş W=mgh olacaktır. Bu da cismin h kadar yukarı çıktığı için kazandığı potansiyel enerjiye eşittir.

Çekim potansiyel enerjisi 

'Bir cismin, başka bir cismin (genellikle çok büyük kütleli cisimler, örn.Dünya, Güneş) kütleçekimi etkisinde kalarak kazandığı potansiyel enerjidir. Bu enerji, cismin kütlesiyle ve çekici kütlenin büyüklüğüyle doğru orantılıdır. Çekici kütlenin büyüklüğü yerçekimi ivmesini oluşturur. Bu ivme Dünya için yaklaşık 9,8 m/s²'dir.

Yerçekimi potansiyel enerjisi, hidroelektrik santrali kullanılarak elektrik enerjisine çevrilir.

 Esneklik potansiyel enerjisi 

Esneklik potansiyel enerjisi, esnek cisimlerin (örn. yay) sahip olduğu enerjidir. Bir yay sıkıştırıldığında potansiyel enerji depolar ve serbest bırakıldığında bu enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürür.

 Hesaplanması 

Yayda biriken enerji yayı sıkıştırmak için yapılan işe eşit olduğundan bu iş hesapalanarak enerji bulunur. F kuvvetiyle (F kuvvetinin büyüklüğü yay sıkıştırıldıkça artar) x'' kadar sıkışmış bir yay için:

 

yayda, Hooke yasası gereği:

Yapılan iş ve biriken potansiyel enerji:

 
Şeklindedir.

Elektrik potansiyel enerjisi 

Bir elektrik alanda bulunan elektrik yüküne Coulomb kuvveti etki eder. Etki eden bu kuvvet nedeniyle yük, potansiyel enerji kazanır.

Diğer potansiyel enerji çeşitleri 

Yerden belli yükseklikte bulunan cisme etkileyen yer çekim kuvvetinin enerjisine denir.

 Manyetik potansiyel enerjisi
 Isı potansiyel enerjisi
 Kimyasal potansiyel enerjisi
 Nükleer potansiyel enerjisi

Dış bağlantılar 

 How Force, Power, Torque and Energy Work

Kaynakça 

Enerji biçimleri
Klasik mekanik
Potansiyeller