Zasada Minimum Energii Potencjalnej

Zasada minimum energii potencjalnej

Zgodnie z zasadą minimum energii potencjalnej, układy fizyczne w przyrodzie dążą do osiągnięcia stanu o minimalnej energii potencjalnej.

Dlatego kamień stacza się w dół, a nie toczył się pod górkę, gdyż tylko w pierwszym przypadku zmniejsza on swoją energię potencjalną.

Podobnie atom sodu (Na) zbliża się do atomu chloru (Cl) na pewną odległość x, przy której układ tych dwóch cząstek ma minimum energii potencjalnej tworząc w ten sposób wiązanie jonowe.

Zasada ta określa strukturę materii. Aby zmniejszyć energię potencjalną protony i neutrony łączą się tworząc jądro atomowe, jądro atomowe otacza się elektronami tworząc atom. Z atomów powstają cząsteczki, których konfiguracja o najmniejszej energii prowadzi do utworzenia się sieci krystalicznej.

Reguła ta jest wyznacznikiem kierunku zmian procesów w układach fizycznych i oznacza ona, że dowolny układ będzie zmniejszał swoją energię potencjalną, zawsze gdy będzie to możliwe. Oznacza to że układ musi mieć możliwość oddania nadmiaru energii oraz na układ nie mogą działać zbyt duże zakłócenia uniemożliwiające osiągnięcie tego stanu. Przy czym w zasadzie tej chodzi o osiągnięcie minimum lokalnego (a nie globalnego).

Dzięki zastosowaniu tej reguły oraz metod rachunku wariacyjnego francuski matematyk J.L Lagrange wyprowadził równania, nazwane później równaniami Lagrange'a; mają one kluczowe znaczenie w mechanice analitycznej.

Stan, w którym układ osiągnął minimum energii potencjalnej, jest stanem równowagi stabilnej – oznacza to, że aby wytrącić układ z tego stanu równowagi, potrzebne jest podziałanie na ten układ zakłóceniem o pewnej minimalnej wartości. I tak np. do rozszczepienia jądra atomowego potrzebna jest minimalna energia zwana energią wiązania.

Stan o minimalnej energii potencjalnej jest przeciwstawny stanowi w którym układ osiągnął maksimum energii potencjalnej. Przy czym znów chodzi tu o osiągniecie maksimum lokalnego. Stan taki jest stanem równowagi chwiejnej, co oznacza że aby wytrącić układ z takiego stanu równowagi potrzebne jest podziałanie na ten układ zakłóceniem o dowolnie małej wartości. Dlatego takich układów nie obserwujemy w przyrodzie.

O ile nie zaznaczono inaczej, treść tej strony objęta jest licencją Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License