พลังงานศักย์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

พลังงานศักย์ คือพลังงานกลในตัววัตถุที่สัมพันธ์กับตำแหน่งที่อยู่ของมัน หรือคือพลังงานในวัตถุที่มีแรงต่อต้านเมื่อมันถูกแรงภายนอกมากระทำให้ขนาดหรือปริมาตรหรือตำแหน่งของมันไม่เป็นไปอย่างอิสระ

ตัวอย่าง[แก้]

หนังสือที่วางอยู่บนโต๊ะจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงมากกว่าหนังสือที่วางอยู่บนพื้น หรือกล่าวว่า หนังสือที่อยู่ที่ต่ำจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงต่ำกว่าหนังสือที่อยู่ที่สูง เมื่อเรายกหนังสือที่วางบนพื้นขึ้นไปไว้บนโต๊ะ งานโดยการยกของเราจะถูกสะสมในรูปพลังงานศักย์ (พลังงานของเราเป็นพลังงานทางเคมีที่เก็บอยู่ในอาหาร) เราจะเห็นพลังงานศักย์ได้ โดยการผลักหนังสือให้ตกจากโต๊ะ หนังสือจะได้รับพลังงานจลน์จากความเร็วของมันจนกระทั่งตกถึงพื้น พลังงานจลน์อาจเปลี่ยนเป็นความร้อน หรือเสียงจากการกระทบก็ได้

อีกตัวอย่างหนึ่ง ในเมือง Wales ที่ Dinorwig นั้นมีทะเลสาบอยู่ 2 แห่ง ซึ่งแห่งหนึ่งสูงกว่าอีกแห่งหนึ่ง เมื่อมีไฟฟ้ามากเกินพอ น้ำจะถูกสูบขึ้นไปในทะเลสาบที่สูงกว่า เมื่อใดที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้า น้ำจะไหลลงมาปั่นกังหันน้ำเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า จากตัวอย่างนี้พลังงานศักย์ถูกสะสมโดยงานที่ต้านแรงโน้มถ่วง

ปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้แก่ มวลของวัตถุ, ระยะทาง และความเข้มของสนามโน้มถ่วง วัตถุที่อยู่บนดวงจันทร์จะมีพลังงานศักย์น้อยกว่าวัตถุชิ้นเดียวกันที่อยู่บนโลกและอยู่ระดับเดียวกัน เพราะว่าดวงจันทร์มีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่า

พลังงานศักย์โน้มถ่วง[แก้]

พลังงานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงที่มีค่าคงตัว F ต่อวัตถุที่มีมวล m (เมื่อวัตถุตกลงมาจากระดับเดิมเท่ากับ h) จะเท่ากับ W = Fh = mgh ค่านี้คือพลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุ

เขียนได้เป็น

U_g = m g h \,

เมื่อ m คือ มวลของวัตถุ, g คือความเร่งโดยความโน้มถ่วง และ h คือความสูงจากระดับอ้างอิง (m มีหน่วยเป็นกิโลกรัม, g มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง, h มีหน่วยเป็นเมตร) แต่ในอวกาศ g ไม่ใช่ค่าคงตัว ดังนั้นสูตรจึงต้องอยู่ในรูปปริพันธ์ ในกรณีที่วัตถุเป็นทรงกลม (เช่น ดาวเคราะห์) h คือความสูงจากพื้นผิว ปริพันธ์จะมีลักษณะนี้

U_g = \int_{h_0}^{h + h_0} {GmM \over r^2} dr

เมื่อ h_0 คือรัศมีของทรงกลม M คือมวลของทรงกลม และ G คือค่าคงตัวโน้มถ่วง

พลังงานศักย์ยืดหยุ่น[แก้]

พลังงานศักย์ยืดหยุ่น คือ พลังงานที่สะสมในของแข็งที่เปลี่ยนรูปได้ เช่น สปริง ตามกฎของฮุก กำหนดให้

U_e = {1\over2}kx^2

เมื่อ k คือค่าคงตัวของสปริง มีหน่วยเป็น N/m และ x คือการกระจัดจากตำแหน่งที่อยู่นิ่ง มีหน่วยเป็นเมตร

พลังงานเคมี[แก้]

พลังงานเคมี เป็นพลังงานศักย์รูปแบบหนึ่ง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสร้างและสลายของพันธะเคมี

พลังงานของมวลที่อยู่นิ่ง[แก้]

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้สร้างสมการที่มีชื่อเสียงมากที่สุด ซึ่งมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ มีอยู่ว่า

E_0 = m c^2 \,

เมื่อ E0 คือพลังงานของมวลที่อยู่นิ่ง, m คือ มวลที่อยู่นิ่ง (rest mass) ของวัตถุ, และ c คือ อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ (ห้อย 0 ไว้เพื่อแยกความแตกต่างกับพลังงานรูปแบบอื่น แต่โดยปกติ สมการนี้จะไม่ห้อย 0 ไว้)

พลังงานของมวลที่อยู่นิ่ง คือพลังงานที่เก็บสะสมอยู่ในมวลที่อยู่นิ่ง สมการนี้แสดงให้เห็นว่ามวลกับพลังงานมีความเกี่ยวข้องกัน: มวลเพียงนิดเดียวสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานมหาศาลได้

ดูเพิ่ม[แก้]

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]