La energía potencial es la energía que un cuerpo puede liberar debido a su posición, su forma o la manera en que están organizadas sus partículas. Aunque no siempre podamos verla, está presente en una pelota situada en una estantería, en una goma estirada, en los alimentos y hasta en el núcleo de los átomos. Conocer los tipos de energía potencial ayuda a comprender cómo se almacenan y se transforman muchas formas de energía en la vida diaria.

 
Infografia sobre Tipos de energía potencial

¿Qué significa que una energía sea potencial?

La palabra potencial indica que existe una posibilidad de producir un cambio. Un objeto que está quieto puede tener energía potencial si, al moverse o cambiar de estado, es capaz de realizar un trabajo. Por ejemplo, una maceta colocada en alto puede caer; mientras permanece allí, posee energía potencial gravitatoria.

La cantidad de energía potencial depende de factores diferentes según el caso. En algunas situaciones importan la altura y la masa; en otras, la deformación de un material, la posición de las cargas eléctricas o la composición de una sustancia. Cuando el sistema cambia, la energía potencial puede convertirse en energía cinética, térmica, luminosa, sonora o eléctrica.

  • Se almacena en una posición, una configuración o una composición determinada.
  • Puede transformarse en otras formas de energía.
  • No siempre se manifiesta hasta que ocurre un cambio o se libera la energía almacenada.

Energía potencial gravitatoria: la influencia de la altura

La energía potencial gravitatoria aparece cuando un objeto se encuentra a cierta altura dentro de un campo gravitatorio, como el de la Tierra. Cuanto mayor sea la masa del objeto y cuanto más alto esté, mayor será su energía potencial. Cerca de la superficie terrestre se calcula con la fórmula Ep = m · g · h, donde m es la masa, g la aceleración de la gravedad y h la altura.

Una mochila sobre una mesa, el agua almacenada en una presa y una persona en lo alto de una escalera son ejemplos sencillos. Al caer, esa energía disminuye y se transforma principalmente en energía cinética. En una central hidroeléctrica, el agua situada a gran altura desciende y mueve turbinas para producir electricidad.

  • Una piedra elevada tiene más energía potencial que la misma piedra en el suelo.
  • La altura se mide respecto a un nivel de referencia elegido.
  • La energía no desaparece durante la caída: cambia de una forma a otra.

Energía potencial elástica: cuando un objeto se deforma

La energía potencial elástica se almacena cuando un material flexible se estira, se comprime o se dobla y tiene tendencia a recuperar su forma original. Un muelle comprimido, una goma elástica estirada, un arco tensado y una cama elástica deformada contienen este tipo de energía.

La energía aumenta cuanto mayor es la deformación, siempre que el material no supere su límite elástico. Al soltar una goma, parte de la energía potencial elástica se convierte en energía cinética y hace que la goma se mueva. Si el material queda deformado permanentemente, significa que una parte de su comportamiento ya no es completamente elástico.

  • Muelle comprimido: puede empujar un objeto al liberarse.
  • Arco tensado: puede transferir energía a una flecha.
  • Trampolín deformado: impulsa a una persona hacia arriba.

Energía potencial química y eléctrica

La energía potencial química está almacenada en los enlaces y en la organización de los átomos de una sustancia. Se libera durante reacciones químicas, como la combustión de la madera, el funcionamiento de una pila o la digestión de los alimentos. En una pila, por ejemplo, las reacciones internas producen una diferencia de potencial que permite el movimiento de cargas y el funcionamiento de un aparato.

La energía potencial eléctrica depende de la posición de las cargas dentro de un campo eléctrico. Dos cargas pueden atraerse o repelerse, y su disposición determina cuánta energía está almacenada. Un condensador de un circuito guarda energía potencial eléctrica y puede liberarla rápidamente para alimentar otros componentes.

Estos dos tipos aparecen con frecuencia relacionados. Una batería transforma energía química en energía eléctrica, mientras que un panel solar convierte energía radiante en electricidad, que después puede almacenarse en una batería como energía química.

  • Química: alimentos, combustibles y baterías.
  • Eléctrica: condensadores y sistemas formados por cargas eléctricas.
  • En ambos casos, la energía depende de la organización interna del sistema.

¿Existe energía potencial nuclear y cómo se diferencia?

Sí. La energía potencial nuclear está relacionada con las fuerzas que mantienen unidos los protones y neutrones en el núcleo de un átomo. En ciertos procesos, como la fisión de núcleos pesados o la fusión de núcleos ligeros, una pequeña cantidad de masa puede transformarse en una enorme cantidad de energía.

La energía nuclear no debe confundirse con la energía química. En una reacción química cambian principalmente los enlaces entre átomos, mientras que en una reacción nuclear cambia el propio núcleo atómico. Por eso las reacciones nucleares liberan cantidades mucho mayores de energía.

La idea más importante es que todos los tipos de energía potencial describen energía almacenada, pero no todos dependen del mismo factor. La gravedad se relaciona con la altura, la elasticidad con la deformación, la electricidad con la posición de las cargas, la química con los enlaces y la nuclear con el núcleo de los átomos. Observar qué cambia en cada situación permite identificar el tipo de energía potencial que interviene.