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Energia potenziale

  |   Fisica

L’ energia potenziale o posizionale è l’energia posseduta da un corpo  a causa della sua posizione o del suo orientamento rispetto a un campo di forze conservative.

L’energia potenziale è immagazzinata o rilasciata quando varia la posizione del corpo o delle forze interagenti.

Esistono varie forme di energia potenziale a cui è associata una forza che agisce con alcune proprietà della materia.

Le varie forme sono classificate in energia potenziale: chimica, gravitazionale, elastica, nucleare, elettrica

Chimica

È un’energia immagazzinata nei legami chimici tra gli atomi che costituiscono una molecola. Essa  è rilasciata nelle reazioni esotermiche sotto forma di calore a seguito della rottura di legami. Esempi di energia potenziale chimica è quella presente nell’ATP in grado di rilasciare energia a seguito di idrolisi.

Altri esempi sono costituiti dall’energia contenuta:

  • negli alimenti che è convertita in calore ed energia meccanica
  • nei combustibili che è convertita in calore e luce
  • nelle batterie che è convertita in energia elettrica

Gravitazionale

È l’energia potenziale gravitazionale è quella posseduta da un corpo per effetto della sua posizione in un campo gravitazionale. Un esempio è costituito da un corpo di massa m che si trova ad un’altezza h rispetto a un riferimento. Essa è dovuta all’attrazione gravitazionale della terra sul corpo ed è espressa come U = m · g · h.

Si tenga conto che g è l’accelerazione di gravità che, anche sul pianeta Terra, varia, anche se di poco a seconda della latitudine e dell’altitudine.

Pertanto lo stesso corpo di massa m può avere, a parità di altezza rispetto a un riferimento, valori diversi a seconda del valore di g.

Elastica

L’energia potenziale elastica è l’energia associata allo stato di compressione o decompressione di un sistema elastico

Essa  è quindi l’energia immagazzinata a seguito dell’applicazione di una forza che deforma un oggetto elastico. L’energia è immagazzinata fino a quando la forza non è rimossa e l’oggetto ritorna alla sua forma originale, svolgendo un lavoro nel processo. La deformazione potrebbe comportare la compressione o l’allungamento dell’oggetto.

Molti articoli sono progettati per immagazzinare energia potenziale elastica, ad esempio:

  • la molla di un orologio a carica
  • l’arco teso di un arciere
  • un trampolino piegato appena prima che un tuffatore salti

Nucleare

È l’energia che si libera nel corso delle trasformazioni di nuclei atomici tramite processi di fissione  o di fusione

La fissione nucleare è una reazione in cui il nucleo di un atomo si divide in due o più nuclei più piccoli producendo spesso fotoni gamma e rilasciando una quantità molto grande di energia

La fusione nucleare che alimenta il Sole e le stelle è il processo mediante il quale due nuclei atomici leggeri si combinano per formarne uno più pesante rilasciando enormi quantità di energia.

Elettrica

L’energia potenziale elettrica è l’energia necessaria per spostare una carica contro un campo elettrico

Analogamente a quella gravitazionale che dipende dalla massa del corpo e dall’altezza l’energia potenziale elettrica dipende dalla carica elettrica e dalla posizione della carica all’interno del campo elettrico

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