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Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

Energia potencial

Energia potencial

Energia potencial é a energia que um objeto possui devido à sua posição em um campo de força ou que um sistema possui devido à configuração de suas partes.

Essa forma de energia é uma quantidade escalar cuja unidade de medida para o Sistema Internacional de Unidades é o joule (J).

Essa  forma de energia está associada às forças que agem sobre um corpo de tal maneira que isso depende apenas da posição do corpo no espaço. Essas forças podem ser representadas por um vetor em qualquer ponto do espaço, formando o que é conhecido como campo de vetor de força ou campo de força.

Definição de

Se o trabalho de um campo de força atuando em um corpo que se move de uma posição inicial para uma posição final é determinado apenas por essas duas posições e, portanto, não depende do caminho do corpo, existe uma função chamada energia. potencial que pode ser avaliado em ambas as posições para determinar o trabalho.

O termo energia potencial foi introduzido pelo engenheiro e físico escocês do século XIX William Rankine, embora esteja relacionado ao conceito de potencialidade do filósofo grego Aristóteles.

Quais são os tipos de energia potencial?

Os tipos mais comuns de energia potencial são:

  • Energia potencial gravitacional que depende da posição vertical e da massa de um objeto.
  • Energia potencial elástica de uma mola. Que a  energia armazenada em uma mola comprimida.
  • Energia potencial elétrica de uma carga em um campo elétrico.
  • Energia  potencial eletrostática.
  • Energia potencial química.

O que é energia potencial gravitacional?

A energia potencial gravitacional é a energia potencial que um objeto obtém pelo efeito gravitacional de outro objeto (geralmente corpos muito grandes, por exemplo, a Terra, o Sol). Essa energia é diretamente proporcional à massa do objeto e ao tamanho da massa atraída. A magnitude da massa atraída cria a aceleração da gravidade. Essa aceleração para o mundo é de aproximadamente 9,8 m / s² na superfície da Terra.

A energia potencial gravitacional é equivalente à  energia necessária para posicionar um objeto a uma certa altura.

Como existem diferentes tipos de forças, também existem diferentes tipos de energia potencial. Energia potencial como resultado da força da gravidade.

Por exemplo, é chamado de energia gravitacional ou energia gravitacional potencial. Para um objeto com massa m, na altura h, a seguinte expressão se aplica à energia gravitacional do objeto:

E = m · g · h

Onde (em unidades SI):

E - A energia potencial em joules (J).
m - massa em quilogramas (kg)
h - altura em metros (m)
g - aceleração da queda em m / s² (aproximadamente 9,81 m / s²)

A energia potencial gravitacional se o objeto estiver no nível. h = 0 é definido como zero.

No entanto, quando este objeto está localizado a uma grande distância da superfície da Terra, a gravidade não é mais constante e a fórmula acima não se aplica mais.

A expressão da energia gravitacional potencial torna-se então:

Energia potencial

A energia potencial a uma distância infinita da Terra está aqui em zero, porque a fórmula é a mais simples (isso ocorre porque, ao contrário de muitos outros casos, a diferença de energia aqui tem um limite finito). Portanto, a energia potencial é sempre negativa e, como no modelo mencionado acima, aumenta à medida que o objeto se afasta da terra.

O que é energia potencial elástica?

Energia potencial elástica é a energia armazenada na  capacidade de um corpo  retornar à sua posição natural. Essa forma de energia também é chamada de energia de mola ou energia elástica potencial.

A elasticidade é uma propriedade de certos materiais para os quais uma vez deformada, estiradas ou separada da sua posição inicial, podem recuperar o seu estado original, ou de equilíbrio. As forças de recuperação, quando o objeto recupera sua forma original com pouco amortecimento ou deformação, são conservadoras e uma energia potencial elástica pode ser derivada, que adicionada à energia cinética, permite obter a energia mecânica do objeto.

Uma mola linear (ideal) com constante k de mola que é desenhada (ou empurrada) a uma distância Δl ​​tem um aumento na energia da mola de:

Energia potencial

O que é energia potencial química?

A energia potencial química está relacionada ao arranjo estrutural de átomos ou moléculas. Esse arranjo pode ser o resultado de ligações químicas dentro de uma molécula ou de outra maneira.

A energia química de um produto químico pode ser transformada em outras formas de energia através de uma reação química.

Exemplos de energia potencial química:

  • Quando um combustível é queimado, a energia química é convertida em calor
  • Durante o processo metabólico da digestão. Os alimentos metabolizados em um organismo biológico são transformados em energia.
  • O processo de fotossíntese. Através deste processo, as plantas verdes transformam energia solar em energia química.
  • Reações eletroquímicas. A energia elétrica pode ser convertida em energia química através de reações eletroquímicas. Essas reações ocorrem durante o carregamento da bateria.

Potencial químico

O potencial químico é usado para indicar o potencial de uma substância sofrer uma alteração na configuração . Essa alteração pode ocorrer na forma de uma reação química, transporte espacial, troca de partículas com um depósito, etc.

O potencial químico não é uma forma de energia potencial em si, mas está mais intimamente relacionado à energia livre. 

Como a energia potencial é transformada em outros tipos de energia?

A energia pode se manifestar de várias maneiras, incluindo:

  • Energia química.
  • Energia térmica.
  • Radiação eletromagnética.
  • Energia gravitacional.
  • Energia elétrica.
  • Energia elástica.
  • Energia nuclear.
  • Descanse energia. 

Todos esses tipos de energia podem ser classificados em duas classes principais: energia potencial e energia cinética. A energia potencial pode ser transferida entre objetos e transformada em outros tipos de energia.

Exemplo de transformação de energia potencial

A energia potencial pode ser transformada em outros tipos de energia, como a energia cinética, que pode ser facilmente ilustrada pelo seguinte exemplo :

  1. Ao chutar uma bola, o jogador transmite energia potencial da perna para a bola.
  2. Essa energia inicial é convertida em energia potencial elástica , deformando o balão e comprimindo o ar dentro dele.
  3. Ao recuperar a forma original, essa energia potencial elástica é convertida em energia cinética no momento em que a bola sai a toda velocidade. Toda energia potencial elástica é energia  transformada em energia cinética.
  4. Se o jogador arremessar a bola com uma trajetória completamente vertical, à medida que a bola perde velocidade, ela perde energia cinética, que será convertida em energia potencial gravitacional .
  5. Quando você alcança o ponto mais alto, a bola não terá energia cinética e toda a sua energia será potencial.
  6. Quando a bola começa a cair, a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética .
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Última revisão: 2 de abril de 2020