طاقة الوضع

طاقة الوضع (بالإنجليزية: Potential Energy) وتسمي أيضا طاقة الارتفاع هي أحدي صور الطاقة في الفيزياء.وهي طاقة "كامنة " يكتسبها جسم بسبب وقوعه تحت تأثير جاذبية مثل الجاذبية الأرضية أو تحت تأثير مجال كهربائي إذا كان له شحنة كهربية . ولذلك تسمى تلك الطاقة بطاقة الوضع. وعلى الأرض يمكن أن يشكل سطح الأرض مرجعا لحساب تلك الطاقة.

وعادة يستخدم الرمز V أو الرمز E_pot لتعريف طاقة الوضع وتسمى بالأنجليزية potential energy

بصفة عامة

تنضم أنواع الطاقة التالية إلى طاقة الوضع :

• طاقة الوضع الناجمة عن الجاذبية الأرضية أو أي نظام ذو ثقالة
• طاقة الوضع تحت تأثير مجال كهربائ
• طاقة وضع تحت تأثير قو شد مرنة ، مثل الزنبرك

والمعادلة التي تعطي طاقة الوضع الناتجة عن الثقالة هي:

حيث :

m كتلة الجسم بالكيلوجرام

g عجلة الجاذبية الأرضية : 81و9 متر/ثانية/ثانية

h1 ارتفاع الجسم عن الأرض عند النقطة العلوية (بالمتر)

h0 ارتفاع الجسم عن الأرض عند النقطة السفلى (بالمتر).

أي أن طاقة وضع جسم تتزايد بتزايد ارتفاعه عن سطح الأرض ، ويمكن حسابها لأي جسم .

[عدل]تغير طاقة الوضع بالارتفاع عن سطح الأرض

تتغير طاقة الوضع لجسم بتغير ارتفاعه عن سطح الأرض. فإذا افترضنا مؤقتا أن طاقة الوضع لجسم على سطح الأرض تساوي صفرا، ثم قمنا بقذف حجر عموديا إلى أعلى، يبدأ الجسم بطاقة حركة عالية وما يلبث أن تهدأ سرعته رويدا رويدا بفعلالجاذبية أو الثقالة وتتحول طاقة حركته خلال ارتفاعه إلى طاقة وضع. حتى إذا وصل الحجر إلى أقصى ارتفاع له تكون كل طاقة حركته قد تحولت إلى طاقة الوضع. ويبدأ الحجر بفعل طاقة الوضع التحرك ثانيا إلى أسفل حيث تزداد سرعته إلى أن يلتقي بالأرض ، عندئذ تكون طاقة وضعه (التي اكتسبها في العلاء) قد تحولت إلى طاقة حركة ثانيا. وباصتدامه بالأرض تتحول طاقة حركته فورا إلى طاقة حرارية. وهذا يحقق قانون انحفاظ الطاقة.

وفي كل نقطة من مسار الحجر أثناء الصعود والهبوط يكون مجموع طاقة حركته وطاقة وضعه ثابتا.أي إذا تزايدت واحدة تنقص الأخرى بنفس القدر.

وتـُقاس طاقة الوضع مثلما تقاس طاقة الحركة، بوحدة كيلوجرام.²متر. ⁻²ثانية أو جول.

ويمكن كتابة الطاقة الكلية للحجر بالمعادلة:

E = K + U

حيث:

E الطاقة الكلية

K طاقة الحركة

U طاقة الوضع.

وبتطبيق المعادلة أعلاه نجد أن الطاقة الكلية للحجر عند نقطة أقصى ارتفاع :

E = صفر + U = U

أي تصبح الطاقة الكلية مساوية لطاقة الوضع.

وبتطبيق المعادلة على حركة الحجر عند عودته إلى الأرض، تصبح الطاقة الكلية للحجر :

K = E + صفر = K

أي عند عودة الحجر إلى الأرض تصبح الطاقة الكلية للحجر مساوية لطاقة حركته.

وتظهر طاقة حركة الحجر عند اصتدامه بالأرض على هيئة طاقة حرارية. ولكن الاختلاف في درجة الحرارة هنا يكون ضئيلا فلا نشعر به. وكما تبين أعلاه يمكننا التعبير عن طاقة الحركة بوحدة الجول وهي وحدة حرارية.

استغلال طاقة الوضع في توليد الكهرباء

رسم توضيحي لأحد السدود لإنتاج الطاقة الكهربائية

تُستخدم السدود عموما لتخدم الغرض الأساسي ( للاحتفاظ بالمياه وتوليد الكهرباء). وتُستغل طاقة الوضع الهائلة المختزنة في مياه الأنهار خلف السدود على في توليد الطاقة الكهربائية في المحطات الكهرمائية. وفي تلك المحطات تتحول طاقة الوضع للماء أولا إلى طاقة حركة عند سقوط الماء من أعلى فيدير توربينا والذي يدير بدوره مولدا للكهرباء، وبذلك نحصل على الطاقة الكهربائية التي نستعملها لإنارة المنازل ولتشغيل المصانع. أعلى سد في العالم هو سد نورك بارتفاع 300 متر في طاجيكستان.