Potansiyel enerji

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara
Potansiyel enerji
Mediaeval archery reenactment.jpg
Okçunun elinde gerilmiş olan yayda esneklik potansiyel enerjisi birikir, okçunun yayı bırakmasıyla bu enerji, kinetik enerjiye dönüşür.
Yaygın sembol(ler): PE ya da U
temel SI birimlerinden türetimi: kg m2 s-2
SI nicelik boyutu: M L2 T-2
SI birimi: joule (J)
Diğer niceliklerden türetimi: U = m · g · h (yerçekimi)

U = ½ · k · x2(esneklik)
U = C · V2 / 2 (elektrik)
U = -m · B(manyetik)

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.[1][2]

Genel bakış[değiştir | kaynağı değiştir]

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 cismin kazandığı potansiyel enerjiye eşittir. Yani potansiyel enerji değişimi korunumlu kuvvet tarafından yapılan işe eşittir:

\,W = -\Delta U

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[değiştir | kaynağı değiştir]

Yer Çekimi Gücü Uyduları Güneş Sistemi yörüngesinde tutar.

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[değiştir | kaynağı değiştir]

Yay esneklik potansiyel enerjisini depolamak için kullanılır.
Okçuluk esneklik potansiyel enerjisinin kullanıldığı insan yapımı ilk uygulamalardan biridir.

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[değiştir | kaynağı değiştir]

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:

U_e = -\int\vec{F}\cdot d\vec{x}

yayda, Hooke yasası gereği:


Yapılan iş ve biriken potansiyel enerji:

U_e = -\int\vec{F}\cdot d\vec{x}=-\int {-k x}\, dx = \frac {1} {2} k x^2.

Elektrik potansiyel enerjisi[değiştir | kaynağı değiştir]

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

Diğer potansiyel enerji çeşitleri[değiştir | kaynağı değiştir]

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

Dış bağlantılar[değiştir | kaynağı değiştir]

Dipnotlar[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ William John Macquorn Rankine (1853) "On the general law of the transformation of energy,"Proceedings of the Philosophical Society of Glasgow, vol. 3, no. 5, pages 276-280; reprinted in: (1)Philosophical Magazine, series 4, vol. 5, no. 30,pages 106-117 (February 1853); and (2) W. J. Millar, ed.,Miscellaneous Scientific Papers: by W. J. Macquorn Rankine, ... (London, England: Charles Griffin and Co., 1881), part II, pages 203-208.
  2. ^ Smith, Crosbie (1998). The Science of Energy - a Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain. The University of Chicago Press. ISBN 0-226-76420-6.