Energi er ... Potentiel og kinetisk energi. Hvad er energi i fysik?

Energi er det, der får livet til at eksistereikke kun på vores planet, men også i universet. Det kan dog være meget anderledes. Så varme, lyd, lys, elektricitet, mikrobølger, kalorier er forskellige typer energi. For alle processer, der finder sted omkring os, er dette stof nødvendigt. Alt, hvad der findes på Jorden, modtager det meste af sin energi fra Solen, men der er andre energikilder. Solen overfører den til vores planet så meget som 100 millioner af de mest kraftfulde kraftværker ville have produceret samtidigt.

Hvad er energi?

I teorien fremsat af Albert Einstein,forholdet mellem stof og energi studeres. Denne store videnskabsmand var i stand til at bevise et stofs evne til at transformere til et andet. Samtidig viste det sig, at energi er den vigtigste faktor i eksistensen af ​​kroppe, og materien er sekundær.

Energi er stort set en evnegør noget arbejde. Det er hun, der står bag begrebet en kraft, der er i stand til at bevæge en krop eller give den nye egenskaber. Hvad betyder udtrykket "energi"? Fysik er en grundlæggende videnskab, som mange forskere fra forskellige epoker og lande har viet deres liv til. Selv Aristoteles brugte ordet "energi" for at henvise til menneskelig aktivitet. Oversat fra det græske sprog "energi" er "aktivitet", "kraft", "handling", "magt". Første gang dette ord dukkede op i en afhandling af en græsk videnskabsmand ved navn Physics.

I den nu almindeligt accepterede betydning var dette udtrykintroduceret i hverdagen af ​​den engelske fysiker Thomas Jung. Denne betydningsfulde begivenhed fandt sted tilbage i 1807. I 50'erne af XIX århundrede. Den engelske mekaniker William Thomson brugte først begrebet "kinetisk energi", og i 1853 introducerede den skotske fysiker William Rankin udtrykket "potentiel energi".

I dag er denne skalar til stede ialle dele af fysikken. Det er et enkelt mål for forskellige former for bevægelse og interaktion mellem stof. Med andre ord er det et mål for transformation af nogle former til andre.

Måleenheder og symboler

Mængden af ​​energi måles i joule (J). Denne specialenhed kan, afhængigt af energitype, have forskellige betegnelser, for eksempel:

• W er systemets samlede energi.
• Q - termisk.
• U er potentiale.

Energityper

Der er mange forskellige typer energi i naturen. De vigtigste er:

• mekanisk;
• elektromagnetisk;
• elektrisk;
• kemisk;
• termisk;
• nuklear (atom).

Der er andre typer energi:lys, lyd, magnetisk. I de senere år er et stigende antal fysikere tilbøjelige til hypotesen om eksistensen af ​​den såkaldte "mørke" energi. Hver af de tidligere anførte typer af dette stof har sine egne egenskaber. For eksempel kan lydenergi transmitteres ved hjælp af bølger. De bidrager til vibrationen af ​​trommehinderne i mennesker og dyrs øre, takket være hvilke lyde kan høres. I løbet af forskellige kemiske reaktioner frigøres energi, hvilket er nødvendigt for livet for alle organismer. Ethvert brændstof, mad, akkumulatorer, batterier opbevares af denne energi.

Vores lys giver jorden energi i formelektromagnetiske bølger. Kun på denne måde kan hun overvinde Kosmos enorme omfang. Takket være moderne teknologier som f.eks. Solpaneler kan vi bruge det med størst mulig effekt. Overskud af ubrugt energi akkumuleres i specielle energilagringsfaciliteter. Sammen med de ovennævnte energityper anvendes ofte kilder, floder, havets tidevand og biobrændstoffer.

Mekanisk energi

Denne type energi studeres i fysikafsnittet,kaldet "Mekanik". Det er betegnet med bogstavet E. Det måles i joule (J). Hvad er denne energi? Mekanikens fysik studerer kroppens bevægelse og deres interaktion med hinanden eller med eksterne felter. I dette tilfælde kaldes energien på grund af legemers bevægelse kinetisk (betegnet med Ek), og energien på grund af samspillet mellem kroppe eller eksterne felter kaldes potentiale (En). Summen af ​​bevægelse og interaktion repræsenterer systemets samlede mekaniske energi.

Der er en generel regel til beregning af begge typer.For at bestemme mængden af ​​energi skal man beregne det arbejde, der kræves for at overføre kroppen fra nul-tilstanden til denne tilstand. Desuden er jo mere arbejde, jo mere energi vil kroppen have i denne tilstand.

Adskillelse af arter efter forskellige egenskaber

Der er flere typer energiseparation.Ifølge forskellige kriterier er den opdelt i: ekstern (kinetisk og potentiale) og intern (mekanisk, termisk, elektromagnetisk, nuklear, tyngdekraft). Elektromagnetisk energi er til gengæld opdelt i magnetisk og elektrisk og kernenergi i energien ved svage og stærke interaktioner.

Kinetisk

Alle bevægelige kroppe er kendetegnet ved tilstedeværelsenkinetisk energi. Det kaldes ofte det - kørsel. Energien i en krop, der bevæger sig, går tabt, når den sænkes. Jo hurtigere hastigheden er, jo større er den kinetiske energi.

Når en bevægende krop kommer i kontakt med en stationær genstand, modtager sidstnævnte en del af kinetikken, som også sætter den i bevægelse. Den kinetiske energiformel er som følger:

• E_til = mv^2: 2,
  hvor m - kropsmasse, v - kropshastighed.

Med ord kan denne formel udtrykkes som følger: et objekts kinetiske energi er lig med halvdelen af ​​produktet af dets masse med kvadratet af dets hastighed.

Potentiel

Denne type energi besiddes af organer, derer i ethvert kraftfelt. Så magnetisk opstår, når en genstand udsættes for et magnetfelt. Alle kroppe på jorden har potentiel tyngdekraft.

Afhængig af egenskaberne ved genstandene for undersøgelsen, dekan have forskellige typer potentiel energi. Således har elastiske og elastiske kroppe, der er i stand til at strække sig, potentiel energi af elasticitet eller spænding. Enhver faldende krop, som tidligere var ubevægelig, mister potentialet og får kinetik. Desuden vil størrelsen af ​​disse to typer være ækvivalent. I gravitationsfeltet på vores planet vil den potentielle energiformel have følgende form:

• E_n = mhg,
  hvor m er kropsvægt h er højden af ​​kroppens massecenter over nul-niveauet; g - tyngdeacceleration.

Med ord kan denne formel udtrykkes som følger: den potentielle energi af et objekt, der interagerer med jorden, er lig med produktet af dets masse, tyngdeaccelerationen og den højde, hvormed den er placeret.

Denne skalar er et kendetegnenergireserve for et materialepunkt (legeme), der er placeret i et potentielt kraftfelt og bruges til at erhverve kinetisk energi på grund af feltkræfternes arbejde. Nogle gange kaldes det koordinatfunktionen, som er et udtryk i systemets Lagrangian (Lagrange-funktionen i det dynamiske system). Dette system beskriver deres interaktion.

Den potentielle energi er lig med nul foren bestemt konfiguration af kroppe placeret i rummet. Valget af konfiguration bestemmes af bekvemmeligheden ved yderligere beregninger og kaldes "potentiel energinormalisering".

Lov om energibesparelse

Et af de mest basale postulater inden for fysiker loven om bevarelse af energi. I overensstemmelse med det opstår energi ikke hvor som helst og forsvinder ikke hvor som helst. Det skifter konstant fra en form til en anden. Med andre ord forekommer kun en ændring i energi. Så for eksempel omdannes den kemiske energi fra lommelygtebatteriet til elektrisk energi, og fra det - til lys og varme. Forskellige husholdningsapparater omdanner elektrisk energi til lys, varme eller lyd. Ofte er slutresultatet af ændringen varme og lys. Derefter går energien ind i det omgivende rum.

Energiloven kan forklare mangefysiske fænomener. Forskere hævder, at dets samlede volumen i universet altid er konstant. Ingen kan genskabe eller ødelægge energi. Mens de producerer en af ​​dens typer, bruger folk energien fra brændstof, faldende vand og et atom. I dette tilfælde bliver en af ​​dens typer til en anden.

I 1918 g.videnskabsmænd var i stand til at bevise, at loven om bevarelse af energi er en matematisk konsekvens af tidens translationelle symmetri - størrelsen af ​​den konjugerede energi. Med andre ord er energi bevaret på grund af det faktum, at fysikkens love ikke adskiller sig på forskellige tidspunkter.

Energifunktioner

Energi er kroppens evne til at udføre arbejde.I lukkede fysiske systemer vedvarer det hele tiden (så længe systemet er lukket) og er en af ​​tre additive integrale bevægelser, der bevarer størrelsen under bevægelse. Disse inkluderer: energi, vinkelmoment, momentum. Indførelsen af ​​begrebet "energi" er hensigtsmæssig, når det fysiske system er homogent i tide.

Organers indre energi

Det er summen af ​​molekylernes energierinteraktioner og termiske bevægelser af de molekyler, der udgør det. Det kan ikke måles direkte, fordi det er en entydig funktion af systemets tilstand. Hver gang et system er i en given tilstand, har dets interne energi sin iboende betydning, uanset historien om systemets eksistens. Ændringen i intern energi under overgangen fra en fysisk tilstand til en anden er altid lig forskellen mellem dens værdier i de endelige og indledende tilstande.

Intern gasenergi

Ud over faste stoffer har gasser også energi.Det repræsenterer den kinetiske energi af den termiske (kaotiske) bevægelse af systemets partikler, som inkluderer atomer, molekyler, elektroner, kerner. Den indre energi af en ideel gas (en matematisk model for en gas) er summen af ​​de kinetiske energier af dens partikler. Dette tager højde for antallet af frihedsgrader, som er antallet af uafhængige variabler, der bestemmer molekylets position i rummet.

Energiforbrug

Hvert år forbruger menneskeheden altflere energiressourcer. Oftest bruges fossile kulbrinter som kul, olie og gas til at opnå den nødvendige energi til belysning og opvarmning af vores hjem til drift af køretøjer og forskellige mekanismer. De er ikke-vedvarende ressourcer.

Desværre kun en lille del af energienudvindes på vores planet ved hjælp af vedvarende ressourcer som vand, vind og sol. I dag er deres andel i energisektoren kun 5%. Yderligere 3% mennesker kommer i form af atomenergi produceret på kernekraftværker.

Ikke-vedvarende ressourcer har følgende reserver (i joule):

• kerneenergi - 2 x 10²⁴;
• energi fra gas og olie - 2 x 10 ²³;
• den indre varme på planeten - 5 x 10²⁰.

Årlig værdi af Jordens vedvarende ressourcer:

• solenergi - 2 x 10²⁴;
• vind - 6 x 10²¹;
• floder - 6,5 x 10¹⁹;
• tidevand - 2,5 x 10²³.

Kun med en rettidig overgang frabrug af jordens ikke-vedvarende energireserver til vedvarende menneskehed har en chance for en lang og lykkelig eksistens på vores planet. Forskere over hele verden fortsætter med nøje at undersøge de forskellige egenskaber ved energi for at belyse avanceret udvikling.