מהי אנרגיה פוטנציאלית?

אנרגיה פוטנציאלית היא אנרגיה המאוחסנת, אך אופן האחסון שלה תלוי בסוגה, כמו אנרגיה כימית, פיזיקלית או חשמלית. אנרגיה פוטנציאלית נשארת באחסון עד שהמצב משתנה ושחרור האנרגיה הפוטנציאלית. ניתן לשלוט על השחרור ויכול לבצע עבודות מועילות, או שהוא יכול להיות פתאומי ומזיק. בכל פעם שאנרגיה פוטנציאלית קיימת בכמויות גדולות, מודעות לכמות האנרגיה הפוטנציאלית מה שעשוי לגרום לשחרורו חשוב לבטיחות ולהימנעות משחרור בלתי נשלט והרסני.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

אנרגיה פוטנציאלית מאוחסנת אנרגיה כימית, פיזיקלית, חשמלית או אחרת שיכולה להשתחרר כאשר היא מופעלת. אנרגיה כימית מאוחסנת בקשרים כימיים ומשתחררת במהלך תגובות כימיות. אנרגיה גופנית נשמרת כאשר מסתים מוחזקים מעל מקום מנוחתו בגובה האפס או כאשר מבנה לחוץ או מעוות. אנרגיה חשמלית מאוחסנת בשדות חשמליים או מגנטיים ובהצטברות של חלקיקים טעונים. סוגים אחרים של אנרגיה פוטנציאלית כוללים אנרגיה אטומית ואנרגיה תרמית. לכל סוג של אנרגיה פוטנציאלית יש יישומים לעבודה שימושית ומפעילים לשחרור הרסני.

בכימיה האנרגיה הפוטנציאלית מאוחסנת בקשרים כימיים. תגובות כימיות יכולות לשחרר אנרגיה פוטנציאלית כימית וליצור תרכובות חדשות או לייצר חום ואור. תגובות כימיות משמשות להפעלת מכונות כגון מנועי מכוניות או לחימום מבנים באמצעות שריפת דלקים. חומרי נפץ משחררים גם אנרגיה כימית ויכולים להיות קונסטרוקטיביים או הרסניים.

אנרגיה פוטנציאלית בפיזיקה נשמרת באנרגיה כבידתית או כאנרגיה אלסטית. אנרגיית הכבידה נובעת ממיקום גבוה של גוף בעל מסה. ככל שהמסה גדולה יותר, כך נשמרת יותר אנרגיה פוטנציאלית. כאשר המסה משתחררת ויורדת, האנרגיה הפוטנציאלית משתנה לאנרגיה קינטית כאשר המסה תופסת מהירות. האנרגיה הקינטית המתקבלת יכולה להיות שימושית, למשל כאשר היא מניעה כלונסאות לקרקע, או מסוכנת, כמו למשל כאשר גשר מתמוטט.

אנרגיה אלסטית נשמרת בעיוות של מבנה. לדוגמא, לקפיץ יש צורה רגילה, אך כאשר הוא דחוס או נמתח, הוא אוגר אנרגיה פוטנציאלית. כאשר היא משוחררת, האנרגיה הפוטנציאלית יכולה לעשות עבודה או שהיא עלולה לגרום נזק. הקפיץ בשעון יד שאינו חשמלי מעוות על ידי פירוק השעון, והאנרגיה הפוטנציאלית מפעילה את השעון. רצועה אלסטית אוגרת אנרגיה פוטנציאלית כאשר היא נמתחת, אך אם היא נשברת או משתחררת, האנרגיה הפוטנציאלית יכולה לפגוע.

בעוד סוללות מייצרות חשמל, התהליך ששורש כוח הסוללה הוא תגובה כימית. התגובה יוצרת חוסר איזון של אלקטרונים המייצר מטען חשמלי על פני מסופי הסוללה. כתוצאה מכך, סוללות אוגרות אנרגיה כימית וגם חשמלית.

אנרגיה חשמלית טהורה מאוחסנת בשדות החשמליים של הקבלים. קבלים קטנים עוזרים לתפקוד מעגלים אלקטרוניים וגדולים יותר נמצאים באורות פלורסנט ובכמה מנועים חשמליים. אם קבלים גדולים מקצרים מעגלים, האנרגיה הפוטנציאלית משתחררת בבת אחת ועלולה לגרום לפיצוץ או שריפה.

צורות אחרות של אנרגיה פוטנציאלית כוללות אנרגיה אטומית ותרמית. אטומי אורניום אוגרים אנרגיה גרעינית שניתן לשחרר בתגובות ביקוע אטומי. אטומי מימן אוגרים אנרגיה גרעינית המפעילה תגובות היתוך כמו בשמש ובפצצות מימן. אלמנטים אחרים עשויים לאחסן אנרגיה פוטנציאלית גרעינית שיכולה להשתחרר בתגובות שטרם התגלו או הידועות אך אינן מנוצלות. תגובות הביקוע מפעילות כורים גרעיניים אך ניתן להשתמש בהן גם בפצצות אטום.

אנרגיה תרמית היא האנרגיה של חומר כגון גז במיכל. האנרגיה הפנימית של הגז היא למעשה אנרגיה קינטית ברמה מולקולרית מכיוון שלחץ הגז נגרם על ידי פעולת מולקולות הגז המקפצות על קירות המכולה. מדובר באנרגיה פוטנציאלית מכיוון שבגז במיכל יש אנרגיה המאוחסנת שיכולה לעבוד כאשר הגז זורם למיכל אחר עם פחות לחץ. אם לחץ הגז גבוה מדי המכולה עלולה להתפוצץ ולשחרר את כל האנרגיה הפוטנציאלית בבת אחת בפיצוץ.

אנרגיה פוטנציאלית שימושית מכיוון שניתן לשמור אותה באחסון עד שהיא נחוצה או להעביר אותה למקום שהיא זקוקה לה. בכל מקרה קיימת סכנה להפעלת שחרור מקרי של האנרגיה הפוטנציאלית. כתוצאה מכך יש לטפל בזהירות באנרגיה פוטנציאלית כדי להבטיח שהיא ממלאת את תפקידה המיועד ולא גורמת נזק.