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Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Énergie potentielle

Énergie potentielle

L'énergie potentielle est l'énergie qu'un objet possède en raison de sa position dans un champ de force ou qu'un système a en raison de la configuration de ses parties.

Cette forme d'énergie est une quantité scalaire dont l'  unité de mesure pour le Système international d'unités est le joule (J).

Cette  forme d'énergie est associée aux forces agissant sur un corps de telle manière que cela ne dépend que de la position du corps dans l'espace. Ces forces peuvent être représentées par un vecteur à n'importe quel point de l'espace, formant ce qu'on appelle un champ de vecteur de force ou champ de force.

Définition

Si le travail d'un champ de force agissant sur un corps se déplaçant d'une position de départ à une position finale n'est déterminé que par ces deux positions, et ne dépend donc pas de la trajectoire du corps, alors il existe une fonction appelée énergie. potentiel qui peut être évalué aux deux postes pour déterminer l'emploi.

Le terme énergie potentielle a été introduit par l'ingénieur et physicien écossais du XIXe siècle William Rankine, bien qu'il soit lié au concept de potentialité du philosophe grec Aristote.

Quels sont les types d'énergie potentielle?

Les types d'énergie potentielle les plus courants sont:

  • Énergie potentielle gravitationnelle qui dépend de la position verticale et de la masse d'un objet.
  • Énergie potentielle élastique d'un ressort. Que l'  énergie stockée dans un ressort comprimé.
  • Énergie potentielle électrique d'une charge dans un champ électrique.
  • Énergie  potentielle électrostatique.
  • Énergie potentielle chimique.

Qu'est-ce que l'énergie potentielle gravitationnelle?

L'énergie potentielle gravitationnelle est l'énergie potentielle qu'un objet gagne par l' effet gravitationnel d'un autre objet (généralement de très grands corps, par exemple, la Terre, le Soleil). Cette énergie est directement proportionnelle à la masse de l'objet et à la taille de la masse attirée. L'ampleur de la masse attirée crée l'accélération de la gravité. Cette accélération pour le monde est d'environ 9,8 m / s² à la surface de la terre.

L'énergie potentielle gravitationnelle est équivalente à l'  énergie requise pour positionner un objet à une certaine hauteur.

Parce qu'il existe différents types de forces, il existe également différents types d'énergie potentielle. Énergie potentielle résultant de la force de gravité.

Par exemple, elle est appelée énergie gravitationnelle ou énergie gravitationnelle potentielle. Pour un objet de masse m, à la hauteur h, l'expression suivante s'applique à l'énergie gravitationnelle de l'objet:

E = m · g · h

Où (en unités SI):

E - L'énergie potentielle en joules (J).
m - la masse en kilogrammes (kg)
h - la hauteur en mètres (m)
g - l'accélération de la chute en m / s² (environ 9,81 m / s²)

L'énergie potentielle gravitationnelle si l'objet est au niveau. h = 0 est mis à zéro.

Cependant, lorsque cet objet est situé à une grande distance de la surface de la terre, la gravité n'est plus constante et la formule ci-dessus ne s'applique plus.

L'expression de l'énergie gravitationnelle potentielle devient alors:

Énergie potentielle

L'énergie potentielle à une distance infinie de la Terre est ici à zéro, car la formule est la plus simple (c'est parce que, contrairement à de nombreux autres cas, la différence d'énergie a ici une limite finie). L'énergie potentielle est donc toujours négative, et comme dans le modèle mentionné ci-dessus, elle augmente à mesure que l'objet s'éloigne de la terre.

Qu'est-ce que l'énergie potentielle élastique?

L'énergie potentielle élastique est l'énergie stockée dans  la capacité d'un corps à  revenir à sa position naturelle. Cette forme d'énergie est également appelée énergie de ressort ou énergie élastique potentielle.

L' élasticité est la propriété de certains matériaux pour lesquels une fois déformé, étiré ou séparé de sa position initiale, peuvent récupérer leur état d' origine, ou d' équilibre. Les forces de récupération, lorsque l'objet retrouve sa forme d'origine avec peu d'amortissement ou de déformation, sont conservatrices et une énergie potentielle élastique peut être dérivée, qui ajoutée à l'énergie cinétique, permet d'obtenir l'énergie mécanique de l'objet.

Un ressort linéaire (idéal) avec une constante de ressort k qui est tiré (ou poussé) à une distance Δl a une augmentation de l'énergie du ressort de:

Énergie potentielle

Qu'est-ce que l'énergie potentielle chimique?

L'énergie potentielle chimique est liée à l' arrangement structurel des atomes ou des molécules. Cet arrangement peut être le résultat de liaisons chimiques au sein d'une molécule ou d'une autre manière.

L'énergie chimique d'un produit chimique peut être transformée en d'autres formes d'énergie par une réaction chimique.

Exemples d'énergie potentielle chimique:

  • Lorsqu'un combustible est brûlé, l'énergie chimique est convertie en chaleur
  • Pendant le processus métabolique de la digestion. Les aliments métabolisés dans un organisme biologique sont transformés en énergie.
  • Le processus de photosynthèse. Grâce à ce processus, les plantes vertes transforment l'énergie solaire en énergie chimique.
  • Réactions électrochimiques. L'énergie électrique peut être convertie en énergie chimique par des réactions électrochimiques. Ces réactions se produisent pendant la charge de la batterie.

Potentiel chimique

Le potentiel chimique est utilisé pour indiquer le potentiel d'une substance à subir un changement de configuration . Ce changement peut prendre la forme d'une réaction chimique, d'un transport spatial, d'un échange de particules avec un dépôt, etc.

Le potentiel chimique n'est pas une forme d'énergie potentielle en soi, mais est plus étroitement lié à l'énergie libre. 

Comment l'énergie potentielle est-elle transformée en d'autres types d'énergie?

L'énergie peut se manifester de plusieurs façons, notamment:

  • Énergie chimique.
  • L'énergie thermique.
  • Rayonnement électromagnétique.
  • Énergie gravitationnelle.
  • Énergie électrique.
  • Énergie élastique.
  • Énergie nucléaire.
  • Énergie de repos. 

Tous ces types d'énergie peuvent être classés en deux classes principales: l'énergie potentielle et l'énergie cinétique. L'énergie potentielle peut être transférée entre les objets et transformée en d'autres types d'énergie.

Exemple de transformation d'énergie potentielle

L'énergie potentielle peut être transformée en d'autres types d'énergie comme l'énergie cinétique, qui peut être facilement illustrée par l' exemple suivant :

  1. En frappant une balle, le joueur transmet l'énergie potentielle de sa jambe à la balle.
  2. Cette énergie initiale est convertie en énergie potentielle élastique en déformant le ballon et en comprimant l'air à l'intérieur.
  3. En retrouvant la forme d'origine, cette énergie potentielle élastique est convertie en énergie cinétique au moment où la balle part à pleine vitesse. Toute énergie potentielle élastique est de l'énergie  transformée en énergie cinétique.
  4. Si le joueur a tiré le ballon avec une trajectoire complètement verticale, comme le ballon perd de la vitesse, il perdra de l'énergie cinétique, qui sera convertie en énergie potentielle gravitationnelle .
  5. Lorsque vous atteignez le point le plus élevé, la balle n'aura pas d'énergie cinétique et toute son énergie sera potentielle.
  6. Lorsque la balle commence à tomber, l'énergie potentielle gravitationnelle redevient une énergie cinétique .
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Date de publication : 1 septembre 2017
Dernier examen : 2 avril 2020