Energija je ... Potencialna in kinetična energija. Kaj je energija v fiziki?

Energija je tisto, kar omogoča življenje ne le na našem planetu, temveč tudi v vesolju. Vendar pa je lahko zelo različen. Tako toplota, zvok, svetloba, električna energija, mikrovalovne pečice, kalorije predstavljajo različne vrste energije. Za vse procese, ki se odvijajo okoli nas, je ta snov potrebna. Večino energije na Zemlji je prejeto od Sonca, vendar obstajajo tudi drugi viri. Sonce jo prenese na naš planet, kolikor bi proizvedlo 100 milijonov najmočnejših elektrarn.

Kaj je energija?

V teoriji, ki jo je predstavil Albert Einstein, se preuči povezava snovi in ​​energije. Ta veliki znanstvenik je lahko dokazal sposobnost ene snovi, da se spremeni v drugo. Ugotovljeno je bilo, da je energija najpomembnejši dejavnik v obstoju teles, in materija je sekundarna.

Energija - je v veliki meri sposobnost opravljanja neke vrste dela. Ona je tista, ki podpira koncept sile, sposoben premikati telo ali mu dati nove lastnosti. Kaj pomeni izraz "energija"? Fizika je temeljna znanost, ki so jo mnogi znanstveniki iz različnih obdobij in držav namenili svojemu življenju. Aristotel je besedo "energija" uporabil za sklicevanje na človeško dejavnost. V prevodu iz grškega jezika je "energija" "dejavnost", "moč", "delovanje", "moč". Prvič se je ta beseda pojavila v razpravi znanstvenika-grškega pod imenom "fizika".

V splošno sprejetem pomenu je ta izraz vnesel v uporabo angleški fizik Thomas Jung. Ta pomemben dogodek se je zgodil v daljni 1807. V petdesetih letih XIX. Angleški mehanik William Thomson je najprej uporabil koncept »kinetične energije«, leta 1853 pa je škotski fizik William Rankin predstavil izraz »potencialna energija«.

Danes je ta skalarna količina prisotna na vseh področjih fizike. To je enoten ukrep različnih oblik gibanja in medsebojnega delovanja snovi. Z drugimi besedami, to je merilo preoblikovanja ene oblike v drugo.

Enote in simboli

Količina energije se meri v joulih (J). Ta posebna enota, odvisno od vrste energije, ima lahko različne oznake, na primer:

• W je skupna energija sistema.
• Q je toplotna.
• U je potencial.

Vrste energije

V naravi je veliko različnih vrst energije. Najpomembnejši so:

• mehansko;
• elektromagnetni;
• električni;
• kemični;
• toplotna;
• jedrska (atomska).

Obstajajo še druge vrste energije: lahka, zvočna, magnetna. V zadnjih letih se vse več fizikov sklicuje na hipotezo o obstoju tako imenovane "temne" energije. Vsaka od prej navedenih vrst te snovi ima svoje značilnosti. Na primer, energijo zvoka lahko prenašajo valovi. Prispevajo k nastanku vibracij trebušne zavore v ušesih ljudi in živali, s čimer lahko slišite zvoke. V času različnih kemičnih reakcij se sprošča energija, potrebna za vitalno aktivnost vseh organizmov. Vsako gorivo, hrana, baterije, baterije so skladišče te energije.

Naša svetilka daje energijo Zemlje v obliki elektromagnetnih valov. Samo na ta način lahko premaga širine Kosmosa. Zahvaljujoč sodobnim tehnologijam, kot so sončne celice, ga lahko uporabljamo z največjim učinkom. Presežek neuporabljene energije se nabira v posebnih skladiščih energije. Skupaj z zgoraj omenjenimi vrstami energije, termalni izviri, reke, odtok in pretok ocean, biogoriva.

Mehanska energija

Ta vrsta energije se preučuje v delu fizike, ki se imenuje "Mehanika". Označena je s črko E. Njena meritev se izvaja v džulah (J). Kakšna je ta energija? Fizika mehanike proučuje gibanje teles in njihovo interakcijo med seboj ali z zunanjimi polji. V tem primeru se energija zaradi gibanja teles imenuje kinetična energija (označena z Ek), energija zaradi interakcija teles ali zunanja polja, imenovana potencial (En). Vsota gibanja in interakcije je celotna mehanska energija sistema.

Za izračun obeh vrst je splošno pravilo. Za določitev količine energije izračunajte delo, potrebno za prenos telesa iz stanja nič v to stanje. V tem primeru več dela, več energije, ki jo ima telo v tem stanju.

Ločevanje vrst z različnimi znaki

Obstaja več vrst delitve energije. Po različnih znakih je razdeljen na: zunanje (kinetične in potencialne) in notranje (mehanske, termične, elektromagnetne, jedrske, gravitacijske). Elektromagnetna energija je nato razdeljena na magnetno in električno energijo, jedrska energija pa se deli na energijo šibke in močne interakcije.

Kinetična

Vsaka gibljiva telesa se odlikujejo po prisotnosti kinetične energije. Pogosto se imenuje vožnja. Energija telesa, ki se premika, se izgubi, ko se upočasni. Tako je hitrejša hitrost, večja je kinetična energija.

Ko gibljivo telo pride v stik s stacionarnim predmetom, se slednji prenese v kinetični del, ki vodi do gibanja. Formula kinetične energije naslednje:

• E_do= mv^2: 2,
  kjer je m masa telesa, v je hitrost gibanja telesa.

Z besedo se ta formula lahko izrazi takole: kinetična energija objekta je enaka polovici proizvoda njegove mase na kvadrat hitrosti.

Potencial

Tovrstna energija ima telesa, ki so na nekem področju sile. Torej, magnet nastane, ko je predmet pod vplivom magnetnega polja. Vsa telesa na zemlji imajo potencialno gravitacijsko energijo.

Glede na lastnosti predmetov študija imajo lahko različne vrste potencialne energije. Torej, elastična in elastična telesa, ki so sposobna raztezanja, imajo potencialno energijo elastičnosti ali napetosti. Vsako padajoče telo, ki je bilo prej nepremično, izgubi potencial in pridobi kinetično. V tem primeru bo obseg teh dveh vrst enakovreden. V gravitacijskem polju našega planeta ima potencialna energijska formula naslednjo obliko:

• E_n = mhg,
  kjer je m masa telesa, h je višina središča mase telesa nad ničelno stopnjo, g je pospešek zaradi gravitacije.

Z besedo se ta formula lahko izrazi takole: potencialna energija objekta, ki sodeluje z Zemljo, je enaka produktu njegove mase, pospeševanju prostega padca in nadmorske višine, na kateri se nahaja.

Ta skalarna količina je značilnost zaloge energije materialne točke (telesa), ki se nahaja na potencialnem področju sile in bo pridobila kinetično energijo zaradi delovanja poljskih sil. Včasih se imenuje koordinatna funkcija, ki je izraz v Lagrangianu sistema (Lagrangeova funkcija dinamičnega sistema). Ta sistem opisuje njihovo interakcijo.

Potencialna energija je enaka nič za določeno konfiguracijo teles v prostoru. Izbira konfiguracije je določena s priročnostjo nadaljnjih izračunov in se imenuje »normalizacija potencialne energije«.

Zakon o varstvu energije

Eden od najosnovnejših postulatov fizike je Zakon o varstvu energije. V skladu z njim energija ne izhaja iz nikoder in ne izgine nikamor. Nenehno gre iz ene oblike v drugo. Z drugimi besedami, samo energija se spreminja. Tako se na primer kemična energija baterije svetilke pretvori v električno in od nje - v svetlobo in vročino. Različni gospodinjski aparati postanejo električni v svetlobo, vročini ali zvoku. Najpogosteje je končni rezultat spremembe toplota in svetloba. Po tem, energija gre v okolico.

Zakon o energiji lahko razloži veliko fizični pojavi. Znanstveniki trdijo, da je ves obseg tega v vesolju neprekinjeno nespremenjen. Nihče ne more uresničiti energije ali uničiti. Razvijajo eno od svojih vrst, ljudje uporabljajo energijo goriva, padajočo vodo, atom. Hkrati se ena od njegovih oblik spremeni v drugo.

Leta 1918 so znanstveniki dokazali, da je zakon ohranjanja energije matematična posledica pretočne simetrije časa - vrednosti konjugirane energije. Z drugimi besedami, energija je ohranjena, ker se zakoni fizike v različnih časovnih obdobjih ne razlikujejo.

Energijske funkcije

Energija je sposobnost telesa, da dela. V zaprtih fizičnih sistemih se vzdržuje ves čas (dokler je sistem zaprt) in predstavlja enega od treh aditivnih integralov gibanja, ki ohranjajo velikost med gibanjem. Te vključujejo: energijo, zagon, zagon. Uvedba pojma "energija" je priporočljiva, če je fizični sistem homogen v času.

Notranja energija teles

To je vsota energij molekularnih interakcij in toplotnih gibanj molekul, ki jih tvorijo. Ne moremo ga izmeriti neposredno, saj je enostopenjska funkcija stanja sistema. Vedno, ko je sistem v danem stanju, njegova notranja energija ima svojo notranjo vrednost, ne glede na zgodovino obstoja sistema. Sprememba notranje energije med prehodom iz enega fizičnega stanja v drugega je vedno enaka razliki med njenimi vrednostmi v končnem in začetnem stanju.

Notranja energija plina

Poleg trdnih snovi ima energija tudi pline. Predstavlja kinetično energijo termičnega (kaotičnega) gibanja delcev sistema, ki vključuje atome, molekule, elektrone in jedre. Notranja energija idealnega plina (matematični model plina) je vsota kinetičnih energij njegovih delcev. To upošteva število stopenj svobode, kar je število neodvisnih spremenljivk, ki določajo položaj molekule v vesolju.

Uporaba energije

Vsako leto človeštvo porabi več energije. Najpogosteje se fosilna goriva, kot so premog, nafta in plin, uporabljajo za pridobivanje energije, potrebne za osvetlitev in ogrevanje naših domov, delovnih vozil in različnih mehanizmov. Nanašajo se na neobnovljive vire.

Na žalost se na našem planetu pridobiva le majhen del energije s pomočjo obnovljivih virov, kot so voda, veter in sonce. Doslej je njihov delež v energetskem sektorju le 5%. Drugih 3% ljudi dobi v obliki jedrske energije, proizvedene v jedrskih elektrarnah.

Neobnovljivi viri imajo naslednje zaloge (v džulah):

• jedrska energija - 2 x 10²⁴;
• energija plina in olja - 2 x 10 ²³;
• notranja toplota planeta - 5 x 10²⁰.

Letno vrednost obnovljivih virov Zemlje:

• sončna energija - 2 x 10²⁴;
• veter - 6 x 10²¹;
• reke - 6,5 x 10¹⁹;
• morske plime - 2,5 x 10²³.

Le s pravočasnim prehodom od uporabe neobnovljivih virov energije na Zemlji do obnovljivih virov človeštvo ima priložnost za dolg in vesel obstoj na našem planetu. Za izvajanje naprednega razvoja znanstveniki po vsem svetu še naprej skrbno preučujejo različne lastnosti energije.