Bueskyting mot blink
Når en bueskytter spenner en bue, lagres det meste av energien som ble brukt å spenne buen som potensiell energi.
Av .

Potensiell energi er en form for lagret energi. Den potensielle energien til en ball er større når den befinner seg høyt over bakken enn når den ligger på bakken. Det kommer av at tyngdekraften fra jorda vil gi ballen bevegelsesenergi når den beveger seg nedover. En sammentrykket stålfjær har potensiell energi som vil frigjøres når den utvider seg.

Faktaboks

Også kjent som

stillingsenergi

Det er også flere andre former for potensiell energi. Elektrisk potensiell energi finner man for eksempel i en kondensator. Mellom magneter kan det være magnetisk potensiell energi. Et stykke kull har kjemisk potensiell energi som skyldes de kjemiske bindingene i kullstykket. I kjernekraftverk utnytter man den potensielle energien som finnes i atomkjerner.

Navnet potensiell energi kommer av at energien er lagret og potensielt kan frigjøres til andre energiformer. Ballen over bakken kan falle nedover og bli til kinetisk energi (bevegelsesenergi), kullstykket kan brennes og bli til termisk energi (varmeenergi), og så videre.

Det er vanlig å bruke symbolene Ep, Epot eller U for potensiell energi.

Noen ganger brukes ordet stillingsenergi om potensiell energi, vanligvis når det er snakk om gravitasjonell eller elastisk potensiell energi.

Eksempler på potensiell energi

Gravitasjonell potensiell energi

Pendel
I en svingende pendel har vi en kontinuerlig veksling mellom potensiell og kinetisk energi. I ytterpunktene har pendelen potensiell energi som omgjøres til kinetisk energi når den beveger seg nedover. Etter at pendelen har passert bunnpunktet, går prosessen motsatt vei, og kinetisk energi omgjøres til potensiell energi.
Oddatjørndammen
I vannmagasiner er store mengder energi lagret i form av den potensielle energien til vannet.

Bildet viser den 142 meter høye Oddatjørndammen i Rogaland.

Oddatjørndammen
Av /NTB.

Når et legeme blir hevet i jordas tyngdefelt, øker legemets potensielle energi. Den potensielle energien er proporsjonal med legemets masse og øker med høyden over bakken. For eksempel vil en kule på to kilo ha dobbelt så stor potensiell energi som en kule på én kilo når de befinner seg i samme høyde over bakken.

Et eksempel på gravitasjonell potensiell energi er svingende pendel. Her er det en kontinuerlig veksling mellom potensiell og kinetisk energi. Den potensielle energien pendelen har når den befinner seg i ett av ytterpunktene, blir omgjort til kinetisk energi etter hvert som pendelen beveger seg nedover, og den kinetiske energien blir omgjort til potensiell energi når pendelen beveger seg oppover.

Nær jordas overflate (opp til noen kilometers høyde) kan den potensielle energien, Ep, beskrives med formelen \(E_p = mgh\), der m er massen til objektet, g er den gravitasjonelle akselerasjonen (cirka 9,81 m/s²), og h er høyden. Formelen forteller oss at dobbelt så stor høyde gir dobbelt så stor potensiell energi.

Hvis vi ser på objekter som er mer enn noen kilometer over bakken, må vi ta hensyn til at g ikke er konstant, men avtar med høyden, og den enkle formelen over vil da ikke lenger kunne brukes.

I beregninger med potensiell energi må man bestemme seg for hva man måler den potensielle energien i forhold til, og deretter holde seg til det valget gjennom hele beregningen. Holder man en kule i ro over et bord, kan man velge om man vil sette nullpunktet til høyden i posisjonen man holder kula i, ved bordplata, ved gulvet under bordet eller et annet sted. Når man ser på større avstander, for eksempel bevegelsene til himmellegemer, er det vanlig å definere nullnivået i gravitasjonsfeltet til et legeme uendelig langt fra legemet. Da vil partikler i endelig avstand fra legemet ha negativ potensiell energi. For eksempel har Jorda negativ potensiell energi i Solas gravitasjonsfelt.

I norsk energiforsyning utgjør landets mange vannmagasiner et betydelig energilager i form av potensiell energi. Lagret energi er proporsjonal med volumet av magasinet og høyden over havet. Vannets potensielle energi kan omgjøres til elektrisk energi ved å la vannet renne ned til et lavere nivå, der energiomformingen skjer i en vannturbin som er koplet til en generator.

Elastisk potensiell energi

Når en katapult er spent opp, har den lagret elastisk potensiell energi som blir omgjort til kinetisk energi i prosjektilet som sendes ut.

.
Lisens: Begrenset gjenbruk

I elastiske legemer kan det lagres potensiell energi ved å deformere legemet så det ikke lenger er i sin likevektstilstand. For eksempel kan energi lagres i en spent fjær eller bue. Når buen er spent, lagrer den energien som ble brukt for å spenne buen. Denne energien kan frigjøres ved å slippe buestrengen. Da omformes buens potensielle energi til pilens kinetiske energi.

Et eksempel på bruk av elastisk potensiell energi er en katapult som kan kaste prosjektiler flere hundre meter av gårde. Spennet i katapulten utgjør en potensiell energi som blir omgjort til kinetisk energi i prosjektilet når katapulten utløses. Et annet eksempel er løpesko med elastisk skum i sålen. Når løperen setter foten i bakken, presses skummet sammen og får elastisk potensiell energi som gir løperen fart i det neste steget.

Elektrisk potensiell energi

Et objekt har potensiell energi på grunn av sin elektriske ladning når det befinner seg i et elektrisk felt. Elektroner som har negativ ladning, får økt potensiell energi når de beveger seg med feltretningen, mens protoner med positiv ladning får økt potensiell energi ved bevegelse mot feltretningen. I en varmetråd som leder elektrisk strøm, er det et elektrisk felt, og elektroner beveger seg mot feltretningen og taper potensiell energi. Den tapte potensielle energien kan gjøres om til varme.

Magnetisk potensiell energi

Det virker krefter mellom magneter; like magnetiske poler frastøter hverandre, mens ulike magnetiske poler tiltrekker hverandre. Dersom to stavmagneter er klemt sammen med like poler mot hverandre, har magnetene potensiell energi som frigjøres når de magnetiske kreftene dytter de to magnetene fra hverandre.

Kjemisk potensiell energi

Kjemisk energi kan ses på som en form for potensiell energi der energien utgjøres av bindinger mellom atomer i molekyler og i kjemiske forbindelser. For å bryte bindingene mellom atomene kreves det energi som blir frigjort når bindingene dannes. For eksempel kreves det energi for å splitte vann (H₂O) til hydrogengass og oksygengass. Denne energien frigis når reaksjonen går motsatt vei og det igjen dannes vann.

De kjemiske forbindelsene i bensin har kjemisk potensiell energi som frigjøres når bensinen forbrennes. Da brukes det først energi for å splitte de kjemiske forbindelsene i bensinen, men man vinner mer energi når det dannes nye kjemiske forbindelser i form av karbondioksid og vann. Mat har kjemisk potensiell energi som frigjøres i fordøyelsen.

Nukleær potensiell energi

Partiklene i en atomkjerne holdes sammen av de sterke kjernekreftene som motvirker de frastøtende elektriske kreftene mellom protonene. I en kjernereaktor eller atombombe frigjøres potensiell energi fra atomkjernene.

I tillegg bidrar de svake kjernekreftene til potensiell energi som utløses i beta-henfall, som er en type radioaktiv stråling der elektroner sendes ut fra atomkjerner ved at nøytroner i kjernen først spaltes opp i elektroner, positroner og nøytrinoer på grunn av den svake kjernekraften.

I Solas kjerne frigjøres det nukleær potensiell energi når hydrogenatomer fusjonerer til heliumatomer.

Fysisk forklaring

Potensiell energi opptrer når det virker krefter mellom to eller flere legemer. I tillegg må kreftene være av en slik type at det fysiske arbeidet som gjøres av kreftene bare avhenger av start- og sluttposisjonene til legemene. Slike krefter kalles konservative krefter. Tyngdekraft (gravitasjonskraft) og elektrisk kraft (coulombkraft) er eksempler på konservative krefter. Friksjon er et eksempel på en kraft som ikke er konservativ, og derfor er det heller ikke mulig å ha potensiell friksjonsenergi.

Den potensielle energien er lik arbeidet en konservativ kraft kan gjøre på et legeme mellom to punkter.

Hvis en ball holdes over et bord, trekker jordas tyngdekraft på ballen. Dersom ballen slippes og beveger seg ned til bordplata, vil tyngdekraften gjøre et arbeid på ballen. Siden tyngdekraften er en konservativ kraft, vil arbeidet tyngdekraften gjør, ikke avhenge av om ballen detter rett ned eller om den for eksempel triller nedover en rampe. Arbeidet avhenger kun av starthøyden og slutthøyden til ballen. Da kan vi definere potensiell energi som arbeidet som tyngdekraften kan gjøre på ballen. Denne potensielle energien kan vi da bruke i beregninger av arbeidet til tyngdekraften uten at vi trenger å vite hvordan ballen beveger seg ned til bordplaten. Derfor er potensiell energi et nyttig verktøy for å gjøre fysiske beregninger.

Arbeid, W, for en kraft som er konstant, er definert som \(W = F \cdot s\), der F er kraften og s er strekningen til forflytningen. Tyngdekraften er gitt ved F = mg, der m er massen til legemet og g er tyngdens akselerasjon. Hvis en ball slippes fra høyden h og beveger seg ned til høyden 0, vil arbeidet tyngdekraften gjør, være gitt ved \(W = F \cdot s = mgh\), som er uttrykket for den gravitasjonelle potensielle energien nær jordoverflaten.

Som vi har sett, kan man velge nullpunktet for høyden fritt når man ser på gravitasjonell potensiell energi. Dette kommer av at vi vanligvis bare er interessert i endringen i potensiell energi til et legeme. Vi kan definere potensiell energi som \[\Delta E_p = -W\] Her er W arbeidet som gjøres av en konservativ kraft, og \(\Delta E_p\) er forskjellen i potensiell energi mellom start- og sluttpunktet, altså den potensielle energien i sluttpunktet minus den potensielle energien i startpunktet.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer (3)

skrev Joe Siri Ekgren

Takk for spennende artikkel!

I mekanikk er det formodentlig lang tradisjon for at begrepet "stillingsenergi" sidestilt med begrepet "potensiell energi". I betraktning av de mange former for "potensiell energi" som nevnes over er det kanskje ryddigere at "stillingsenergi" ikke gjøres til et synonym for "potensiell energi" men heller sees som en subgruppe av "potensiell energi"?

1) Jeg viser til en annen artikkel i SNL, https://snl.no/energiform:

"Energiform er en tilstand som energi kan opptre i; for eksempel stillingsenergi, bevegelsesenergi, kjemisk energi og elektrisk energi."

Her er stillingsenergi sidestilt med andre energiformer.

2) "Kjemisk potensiell energi" virker mer presist enn "Kjemisk stillingsenergi". Det siste antyder at det finnes noe som heter "kjemisk stilling", og en tilstand før en kjemisk prosess og en tilstand etter betyr at en tilstandsendring er å forstå som at noe har skiftet "stilling". Men det virker søkt, synes jeg.

Bør artikkelen revideres hva angår "stillingsenergi"?

Med vennlig hilsen
Joe Siri Ekgren

svarte Jon Andreas Støvneng

Hei! Jeg er enig med deg; stillingsenergi er i mange situasjoner en dårlig betegnelse på potensiell energi. Jeg skal se på artikkelen og vurdere endring(er).
Mvh Jon Andreas

skrev Joe Siri Ekgren

Spennende! Takk for rask respons.
Mvh Joe

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg