Energie ist ... potentielle und kinetische Energie. Was ist Energie in der Physik?

Energie macht das Leben existentnicht nur auf unserem Planeten, sondern auch im Universum. Es kann jedoch sehr unterschiedlich sein. Wärme, Schall, Licht, Elektrizität, Mikrowellen und Kalorien sind also verschiedene Arten von Energie. Für alle Prozesse um uns herum ist diese Substanz notwendig. Alles, was auf der Erde existiert, erhält den größten Teil seiner Energie von der Sonne, aber es gibt auch andere Energiequellen. Die Sonne überträgt es auf unseren Planeten, bis zu 100 Millionen der stärksten Kraftwerke gleichzeitig produziert hätten.

Was ist Energie?

In der von Albert Einstein vorgebrachten TheorieDas Verhältnis von Materie und Energie wird untersucht. Dieser große Wissenschaftler konnte die Fähigkeit einer Substanz nachweisen, sich in eine andere umzuwandeln. Gleichzeitig stellte sich heraus, dass Energie der wichtigste Faktor für die Existenz von Körpern ist und Materie zweitrangig ist.

Energie ist im Großen und Ganzen eine FähigkeitArbeite etwas. Sie steht hinter dem Konzept einer Kraft, die einen Körper bewegen oder ihm neue Eigenschaften verleihen kann. Was bedeutet der Begriff "Energie"? Die Physik ist eine grundlegende Wissenschaft, der viele Wissenschaftler aus verschiedenen Epochen und Ländern ihr Leben gewidmet haben. Sogar Aristoteles benutzte das Wort "Energie", um sich auf menschliche Aktivitäten zu beziehen. Aus der griechischen Sprache übersetzt ist "Energie" "Aktivität", "Kraft", "Aktion", "Macht". Das erste Mal erschien dieses Wort in einer Abhandlung eines griechischen Wissenschaftlers namens Physik.

Im heute allgemein anerkannten Sinne war dieser Begriffeingeführt vom englischen Physiker Thomas Jung. Dieses bedeutende Ereignis fand bereits 1807 statt. In den 50er Jahren des 19. Jahrhunderts. Der englische Mechaniker William Thomson verwendete zuerst das Konzept der "kinetischen Energie", und 1853 führte der schottische Physiker William Rankin den Begriff "potentielle Energie" ein.

Heute ist dieser Skalar in vorhandenalle Bereiche der Physik. Es ist ein einziges Maß für verschiedene Formen der Bewegung und Interaktion von Materie. Mit anderen Worten, es ist ein Maß für die Umwandlung einiger Formen in andere.

Maßeinheiten und Symbole

Die Energiemenge wird in Joule (J) gemessen. Diese Spezialeinheit kann je nach Energieart unterschiedliche Bezeichnungen haben, zum Beispiel:

• W ist die Gesamtenergie des Systems.
• Q - thermisch.
• U ist Potenzial.

Energiearten

Es gibt viele verschiedene Arten von Energie in der Natur. Die wichtigsten sind:

• mechanisch;
• elektromagnetisch;
• elektrisch;
• chemische;
• Thermal;
• nuklear (atomar).

Es gibt noch andere Energiearten:Licht, Ton, magnetisch. In den letzten Jahren neigen immer mehr Physiker zur Hypothese der Existenz der sogenannten "dunklen" Energie. Jede der zuvor aufgeführten Arten dieser Substanz hat ihre eigenen Eigenschaften. Schallenergie kann beispielsweise über Wellen übertragen werden. Sie tragen zur Schwingung des Trommelfells in den Ohren von Menschen und Tieren bei, wodurch Geräusche gehört werden können. Bei verschiedenen chemischen Reaktionen wird Energie freigesetzt, die für das Leben aller Organismen notwendig ist. Alle Kraftstoffe, Lebensmittel, Akkumulatoren, Batterien sind die Speicher dieser Energie.

Unsere Leuchte gibt der Erde Energie in der FormElektromagnetische Wellen. Nur so kann sie die Weite des Kosmos überwinden. Dank moderner Technologien wie Sonnenkollektoren können wir es optimal nutzen. Überschüssige ungenutzte Energie wird in speziellen Energiespeichern gespeichert. Neben den oben genannten Energiearten werden häufig Thermalquellen, Flüsse, Ebbe und Flut des Ozeans sowie Biokraftstoffe verwendet.

Mechanische Energie

Diese Art von Energie wird im Physikabschnitt studiert,"Mechanik" genannt. Es wird mit dem Buchstaben E bezeichnet. Es wird in Joule (J) gemessen. Was ist diese Energie? Die Physik der Mechanik beschäftigt sich mit der Bewegung von Körpern und deren Wechselwirkung untereinander oder mit äußeren Feldern. In diesem Fall wird die Energie aufgrund der Bewegung von Körpern als kinetisch bezeichnet (bezeichnet mit Ek), und die Energie aufgrund der Wechselwirkung von Körpern oder äußeren Feldern wird als Potential (En) bezeichnet. Die Summe aus Bewegung und Wechselwirkung repräsentiert die gesamte mechanische Energie des Systems.

Für die Berechnung beider Typen gibt es eine allgemeine Regel.Um die Energiemenge zu bestimmen, sollte man die Arbeit berechnen, die erforderlich ist, um den Körper vom Nullzustand in diesen Zustand zu überführen. Je mehr Arbeit, desto mehr Energie hat der Körper in diesem Zustand.

Trennung der Arten nach verschiedenen Merkmalen

Es gibt verschiedene Arten der Energietrennung.Nach verschiedenen Kriterien wird es unterteilt in: extern (kinetisch und potentiell) und intern (mechanisch, thermisch, elektromagnetisch, nuklear, gravitativ). Elektromagnetische Energie wiederum wird in magnetische und elektrische und Kernenergie in schwache und starke Wechselwirkungen unterteilt.

Kinetik

Alle sich bewegenden Körper zeichnen sich durch die Anwesenheit auskinetische Energie. Es wird oft so genannt - Fahren. Die Energie eines sich bewegenden Körpers geht verloren, wenn er langsamer wird. Je höher die Geschwindigkeit, desto größer die kinetische Energie.

Wenn ein bewegter Körper mit einem ruhenden Objekt in Kontakt kommt, wird dieses auf einen Teil der Kinetik übertragen, die ihn ebenfalls in Bewegung setzt. Die kinetische Energieformel lautet wie folgt:

• E_zu = mv^2: 2,
  wobei m die Masse des Körpers ist, v die Bewegungsgeschwindigkeit des Körpers.

In Worten kann diese Formel wie folgt ausgedrückt werden: Die kinetische Energie eines Objekts ist gleich dem halben Produkt seiner Masse mal dem Quadrat seiner Geschwindigkeit.

Potenzial

Diese Art von Energie besitzen Körper, diebefinden sich in jedem Kraftfeld. Magnetisch tritt also auf, wenn ein Objekt unter dem Einfluss eines Magnetfelds steht. Alle Körper auf der Erde haben potentielle Gravitationsenergie.

Abhängig von den Eigenschaften der Studienobjekte sind siekann verschiedene Arten von potentieller Energie haben. Elastische und elastische Körper, die sich dehnen können, haben also potentielle Energie der Elastizität oder Spannung. Jeder fallende Körper, der zuvor bewegungslos war, verliert an Potenzial und gewinnt an Kinetik. Darüber hinaus wird die Größe dieser beiden Typen äquivalent sein. Im Gravitationsfeld unseres Planeten hat die potentielle Energieformel die folgende Form:

• E_n = mhg,
  wobei m das Körpergewicht ist; h die Höhe des Körperschwerpunkts über dem Nullniveau ist; g ist die Erdbeschleunigung.

In Worten kann diese Formel wie folgt ausgedrückt werden: Die potentielle Energie eines mit der Erde wechselwirkenden Objekts ist gleich dem Produkt seiner Masse, der Beschleunigung des freien Falls und der Höhe, in der es sich befindet.

Dieser Skalar ist eine EigenschaftEnergiereserve eines materiellen Punktes (Körpers), der sich in einem potentiellen Kraftfeld befindet und zum Erwerb von kinetischer Energie aufgrund der Arbeit der Feldkräfte führt. Manchmal wird es auch als Koordinatenfunktion bezeichnet, was ein Begriff im Lagrange-Funktion des Systems (der Lagrange-Funktion des dynamischen Systems) ist. Dieses System beschreibt ihre Interaktion.

Potentielle Energie ist gleich Null füreine bestimmte Konfiguration von Körpern, die sich im Raum befinden. Die Wahl der Konfiguration wird durch die Bequemlichkeit weiterer Berechnungen bestimmt und wird als „Potential-Energie-Normalisierung“ bezeichnet.

Energieerhaltungssatz

Einer der grundlegendsten Grundsätze der Physikist das Energieerhaltungsgesetz. Demnach entsteht Energie nirgendwo und verschwindet nirgendwo. Es wechselt ständig von einer Form zur anderen. Mit anderen Worten, es findet nur eine Energieänderung statt. So wird beispielsweise die chemische Energie einer Taschenlampenbatterie in elektrische Energie und daraus in Licht und Wärme umgewandelt. Verschiedene Haushaltsgeräte wandeln elektrische Energie in Licht, Wärme oder Ton um. Meistens ist das Endergebnis der Änderung Wärme und Licht. Danach geht die Energie in den umgebenden Raum.

Das Energiegesetz kann vieles erklärenphysikalische Phänomene. Wissenschaftler behaupten, dass sein Gesamtvolumen im Universum zu allen Zeiten konstant bleibt. Niemand kann Energie wiederherstellen oder zerstören. Bei der Herstellung eines seiner Typen verwenden die Menschen die Energie von Kraftstoff, fallendem Wasser und einem Atom. In diesem Fall verwandelt sich einer seiner Typen in einen anderen.

1918 gr.Wissenschaftler konnten beweisen, dass der Energieerhaltungssatz eine mathematische Folge der Translationssymmetrie der Zeit ist - der Größe der konjugierten Energie. Mit anderen Worten, Energie wird dadurch gespart, dass sich die Gesetze der Physik zu verschiedenen Zeitpunkten nicht unterscheiden.

Energiemerkmale

Energie ist die Fähigkeit des Körpers, Arbeit zu verrichten.In geschlossenen physikalischen Systemen bleibt es während der gesamten Zeit bestehen (solange das System geschlossen ist) und ist eines von drei additiven Bewegungsintegralen, die die Größe während der Bewegung erhalten. Dazu gehören: Energie, Drehimpuls, Impuls. Die Einführung des Begriffs "Energie" ist sinnvoll, wenn das physikalische System zeitlich homogen ist.

Innere Energie der Körper

Es ist die Summe der Energien der molekularenWechselwirkungen und thermische Bewegungen der Moleküle, aus denen es besteht. Sie kann nicht direkt gemessen werden, da sie eine eindeutige Funktion des Zustands des Systems ist. Immer wenn sich ein System in einem bestimmten Zustand befindet, hat seine innere Energie seine inhärente Bedeutung, unabhängig von der Geschichte der Existenz des Systems. Die Änderung der inneren Energie beim Übergang von einem physikalischen Zustand in einen anderen ist immer gleich der Differenz zwischen seinen Werten im End- und Anfangszustand.

Interne Gasenergie

Neben Feststoffen haben auch Gase Energie.Es stellt die kinetische Energie der thermischen (chaotischen) Bewegung der Teilchen des Systems dar, zu denen Atome, Moleküle, Elektronen und Kerne gehören. Die innere Energie eines idealen Gases (ein mathematisches Modell eines Gases) ist die Summe der kinetischen Energien seiner Teilchen. Dies berücksichtigt die Anzahl der Freiheitsgrade, also die Anzahl der unabhängigen Variablen, die die Position des Moleküls im Raum bestimmen.

Energieverbrauch

Jedes Jahr verzehrt die Menschheit allesmehr Energieressourcen. Am häufigsten werden fossile Kohlenwasserstoffe wie Kohle, Öl und Gas verwendet, um die notwendige Energie für die Beleuchtung und Heizung unserer Häuser, für den Betrieb von Fahrzeugen und verschiedene Mechanismen zu gewinnen. Sie sind nicht erneuerbare Ressourcen.

Leider nur ein kleiner Teil der Energiewird auf unserem Planeten mit erneuerbaren Ressourcen wie Wasser, Wind und Sonne abgebaut. Heute beträgt ihr Anteil im Energiesektor nur noch 5 %. Weitere 3% der Menschen erhalten in Form von Kernenergie, die in Kernkraftwerken erzeugt wird.

Nicht erneuerbare Ressourcen haben folgende Reserven (in Joule):

• Kernenergie - 2 x 10²⁴;
• Energie von Gas und Öl - 2 x 10 ²³;
• die innere Hitze des Planeten - 5 x 10²⁰.

Jahreswert der erneuerbaren Ressourcen der Erde:

• Energie der Sonne - 2 x 10²⁴;
• Wind - 6 x 10²¹;
• Flüsse - 6,5 x 10¹⁹;
• Meeresgezeiten - 2,5 x 10²³.

Nur mit rechtzeitiger Umstellung vonDie Nutzung der nicht erneuerbaren Energiereserven der Erde für die erneuerbare Menschheit hat eine Chance auf ein langes und glückliches Dasein auf unserem Planeten. Wissenschaftler auf der ganzen Welt untersuchen weiterhin sorgfältig die verschiedenen Eigenschaften von Energie, um die neuesten Entwicklungen zu verkörpern.