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Potenzielle Energie: Definition, Beispiele & Formel

Potenzielle Energie bzw. Lageenergie ist die "Energie eines physikalischen Systems, die durch seine Lage in einem Kraftfeld [...] bestimmt wird" (Quelle).

In einfachen Worten ausgedrückt bedeutet das: Potenzielle Energie ist die Energie eines Systems, die es aufgrund seiner (Höhen-)Lage innehat. Dabei spielt nicht nur die tatsächliche Höhe eine wichtige Rolle, sondern auch eine energetisch höherwertige Position - beispielsweise ein Ast, der unter Einsatz von Energie verbogen wurde und beim Loslassen nach vorne schnellen wird. Die Energie, die dabei freigesetzt wird, ist Lageenergie.

Formel und Formelzeichen

Als Formelzeichen für potenzielle Energie wird normalerweise EPOT bzw. U verwendet. Die komplette Formel lautet dabei:

EPOT = m * g * h

wobei sie sich aus den folgenden Variablen zusammensetzt:

  • EPOT = Potenzielle Energie bzw. Lageenergie
  • m = Masse eines Körpers
  • g = Erdbeschleunigung (9,81 m/s2)
  • h = Höhe

Die SI-Einheit von Lageenergie ist Joule (J).

Beispiel: Fußball in 20 Metern Höhe

Wenn sich ein Fußball in einer Höhe von 20 Metern befindet, dann weist dieser eine gewisse potenzielle Energie auf. Die Lageenergie in 20 Metern Höhe ist dabei doppelt so hoch wie in zehn Metern Höhe. Man spricht dabei von einer "doppelte Arbeitsfähigkeit".

Wenn der Fußball nun herunterfällt, wird die potenzielle Energie in kinetische Energie (= Bewegungsenergie) umgewandelt. Wenn er sich in 30 oder 40 Metern Höhe befinden soll, muss Energie aufgewendet werden, die dabei wiederum in potenzielle Energie umgewandelt wird.

Weiteres Beispiel: Wasser eines Staudamms

Fließgewässer fließen stets von oben nach unten. Sie entstehen an einer Quelle in den Bergen und fließen dann in Richtung des Meeres. Der Rhein entsteht beispielsweise in der bergigen Schweiz und mündet in den Niederlanden in der Nordsee.

An einem Stausee wird das Wasser eines Flusses aufgestaut, damit sich dessen Lageenergie erhöht. Werden die Schleusen des Staudamms geöffnet, "fällt" das Wasser aufgrund der auf der Erde herrschenden Schwerkraft von oben nach unten und durchläuft dabei Turbinen, die wiederum Generatoren betreiben, die elektrischen Strom erzeugen.

Sprich: Die potenzielle Energie des Wassers wird zuerst in kinetische Energie umgewandelt, dann in mechanische Arbeit und letztendlich in elektrische Energie.

Fazit: Potenzielle Energie

Wie Sie sehen können, ist die Theorie, die hinter Lageenergie steckt, kein Hexenwerk. Lageenergie ist bei vielen Wasserkraftwerken die treibende Kraft, weswegen Sie im Bereich der erneuerbaren Energien eine wichtige Rolle spielt.

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