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Lexikon Physik

Potenzielle Energie (Lageenergie)

Unter der potenziellen Energie eines Körpers oder physikalischen Systems versteht man diejenige Energie, die allein auf die Lage des Körpers oder Systems in einem Kraftfeld beruht. Sie wird daher auch Lageenergie genannt. Als „Kraftfeld“ kommen dabei vor allem zwei Felder in Betracht: das Schwerefeld und das elektrische Feld. Ihnen liegen die beiden physikalischen Grundkräfte Gravitation und Elektromagnetismus zugrunde. Anschaulich kann man die potenzielle Energie auch als die Energie bezeichnen, die man gewinnt, wenn man bergab oder in Richtung eines elektrischen Felds läuft (oder verliert, wenn man andersherum unterwegs ist).

Eine potenzielle Energie ist nicht absolut definiert, sondern hängt immer von der Wahl des Potenzialnullpunkts ab (Potenzial). Daher betrachtet man in der Elektrizitätslehre oft nur elektrische Potenzialdifferenzen und nennt diese dann „elektrische Spannung“.

Beim Schwerefeld der Erde spricht man auch von der mechanische potenzielle Energie oder Hubenergie, sie beträgt für einen Körper der Masse m in der Höhe h über dem Erdboden (oder einem beliebigen anderen Bezugsniveau)

\(E_{\rm pot,\ Gr} = m \cdot g\cdot h\)

\(g \approx 9,81\ \rm m/s\) ist dabei die Fallbeschleunigung bzw. Feldstärke des Schwerefelds der Erde.

Die potenzielle Energie einer elektrischen Ladung Q im Feld E eines Plattenkondensators mit Plattenabstand d beträgt 

\(E_{\rm pot,\ el} = Q \cdot E\cdot d\)

Für die magnetische Energie einer vom Strom I durchflossenen Spule mit der Induktivität L gilt

\(E_{\rm pot,\ mag} = \dfrac 1 2 \cdot L \cdot I^2\)

Man kann den Begriff der potenziellen Energie auch noch weiter fassen. Demnach besitzen auch ein zusammengequetschter Gummiball oder eine gespannte Stahlfeder potenzielle Energie, man spricht hier von elastischer Energie. Zum Beispiel hat eine dem Hooke’schen Gesetz gehorchende Feder mit Federkonstante D, die um die Strecke \(\Delta l\) zusammengedrückt wurde, die elastische Energie

\(E_{\rm pot,\ elast} = \dfrac 1 2 \cdot D \cdot (\Delta l)^2\)

Man kann auch die Anregungsenergie eines Valenzelektrons oder eines Atomkerns als potenzielle Energie auffassen, ebenso die in einer chemischen Bindung gespeicherte chemische Energie.

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