Mikä on potentiaalinen energia?

Potentiaalinen energia on energiaa, joka varastoidaan, mutta kuinka se varastoidaan, riippuu sen tyypistä, kuten kemiallinen, fyysinen tai sähköenergia. Potentiaalinen energia pysyy varastossa, kunnes tilanne muuttuu ja potentiaalinen energia vapautuu. Julkaisu voidaan hallita ja suorittaa hyödyllistä työtä, tai se voi olla äkillinen ja haitallinen. Aina kun potentiaalista energiaa on läsnä suurina määrinä, tietoisuus potentiaalisen energian määrästä ja mikä voi laukaista sen vapautumisen, on tärkeää turvallisuuden ja hallitsemattoman, tuhoavan vapautumisen välttämiseksi.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Potentiaalinen energia on varastoitua kemiallista, fysikaalista, sähköistä tai muuta energiaa, joka voidaan vapauttaa laukaisun yhteydessä. Kemiallinen energia varastoidaan kemiallisiin sidoksiin ja vapautuu kemiallisten reaktioiden aikana. Fyysistä energiaa varastoidaan, kun massa pidetään nollakorkeuden lepopaikkansa yläpuolella tai kun rakenne on rasitettu tai epämuodostunut. Sähköenergia varastoidaan sähkö- tai magneettikenttiin ja varautuneiden hiukkasten kertymiin. Muita potentiaalienergiatyyppejä ovat atomienergia ja lämpöenergia. Kullekin potentiaalisen energian tyypille on hyödyllisen työn sovelluksia ja laukaisijoita tuhoisalle vapautumiselle.

Kemiassa potentiaalinen energia varastoidaan kemiallisiin sidoksiin. Kemialliset reaktiot voivat vapauttaa kemiallista potentiaalienergiaa ja luoda uusia yhdisteitä tai tuottaa lämpöä ja valoa. Kemiallisia reaktioita käytetään koneiden, kuten automoottoreiden, käyttämiseen tai rakennusten lämmittämiseen polttamalla polttoaineita. Räjähteet vapauttavat myös kemiallista energiaa ja voivat olla rakentavia tai tuhoavia.

Fysiikan potentiaalinen energia varastoidaan joko painovoima- tai elastisena energiana. Gravitaatioenergia johtuu massan omaavan ruumiin kohotetusta sijainnista. Mitä suurempi massa, sitä enemmän potentiaalista energiaa varastoidaan. Kun massa vapautuu ja putoaa, potentiaalinen energia muuttuu kineettiseksi energiaksi massan noustessa nopeutta. Tuloksena oleva kineettinen energia voi olla hyödyllinen, esimerkiksi kun se ajaa paaluja maahan, tai vaarallinen, kuten sillan romahtamisen yhteydessä.

Elastinen energia varastoituu rakenteen muodonmuutokseen. Esimerkiksi jousella on normaali muoto, mutta puristettuna tai venytettynä se tallentaa potentiaalista energiaa. Vapautuessaan potentiaalinen energia voi toimia tai vahingoittaa. Ei-sähköisen rannekellon jousi deformoituu kelaamalla kelloa, ja potentiaalinen energia käyttää kelloa. Joustava nauha tallentaa potentiaalienergiaa venytettäessä, mutta jos se rikkoutuu tai päästetään irti, potentiaalinen energia voi satuttaa.

Vaikka akut tuottavat sähköä, prosessi akun virrassa on kemiallinen reaktio. Reaktio luo elektronien epätasapainon, joka tuottaa sähkövarauksen akun napojen yli. Tämän seurauksena akut varastoivat sekä kemiallista että sähköenergiaa.

Puhdasta sähköenergiaa varastoidaan kondensaattoreiden sähkökenttiin. Pienet kondensaattorit auttavat elektronisia piirejä toimimaan, ja suurempia löytyy loistelampuista ja joistakin sähkömoottoreista. Jos suuri kondensaattori oikosulussa, potentiaalienergia vapautuu kerralla ja voi aiheuttaa räjähdyksen tai tulipalon.

Muita potentiaalienergian muotoja ovat atomi- ja lämpöenergia. Uraaniatomit varastoivat ydinvoimaa, jota voidaan vapauttaa atomifissioreaktioissa. Vetyatomit varastoivat ydinvoimaa, joka saa aikaan fuusioreaktioita, kuten auringossa ja vetypommissa. Muut elementit voivat varastoida ydinpotentiaalienergiaa, joka voi vapautua reaktioissa, joita ei ole vielä löydetty tai jotka ovat tunnettuja, mutta joita ei käytetä. Fissioreaktiot käyttävät ydinreaktoreita, mutta niitä voidaan käyttää myös atomipommissa.

Lämpöenergia on aineen, kuten säiliössä olevan kaasun, energia. Kaasun sisäinen energia on tosiasiallisesti kineettistä energiaa molekyylitasolla, koska kaasun paine johtuu säiliön seinämiin törmäävien kaasumolekyylien vaikutuksesta. Se on potentiaalienergiaa, koska säiliössä oleva kaasu on varastoinut energiaa, joka voi toimia, kun kaasu virtaa toiseen säiliöön pienemmällä paineella. Jos kaasun paine on liian korkea, säiliö voi rikkoutua vapauttaen kaiken potentiaalisen energian kerralla räjähdyksessä.

Potentiaalinen energia on hyödyllinen, koska sitä voidaan pitää varastossa, kunnes sitä tarvitaan tai siirretään sinne, missä sitä tarvitaan. Kummassakin tapauksessa on olemassa vaara, että potentiaalinen energia vapautuu vahingossa. Tämän seurauksena potentiaalienergiaa on käsiteltävä huolellisesti sen varmistamiseksi, että se täyttää aiotun tehtävänsä eikä aiheuta vahinkoa.