Energia on ... Mahdollinen ja kineettinen energia. Mikä on fysiikan energia?

Energia on se, mikä saa elämän olemaanpaitsi planeetallamme myös maailmankaikkeudessa. Se voi kuitenkin olla hyvin erilainen. Joten lämpö, ​​ääni, valo, sähkö, mikroaaltouuni, kalorit ovat erityyppisiä energiaa. Kaikille ympärillämme tapahtuville prosesseille tämä aine on välttämätön. Kaikki maapallolla oleva energia saa suurimman osan energiastaan ​​auringolta, mutta on myös muita energialähteitä. Aurinko siirtää sen planeetallemme peräti 100 miljoonaa voimakkainta voimalaitosta samaan aikaan.

Mikä on energia?

Albert Einsteinin esittämän teorian mukaanaineen ja energian suhdetta tutkitaan. Tämä suuri tutkija pystyi osoittamaan yhden aineen kyvyn muuttua toiseksi. Samalla kävi ilmi, että energia on tärkein tekijä ruumiiden olemassaolossa ja aine on toissijaista.

Energia on pääosin kykytee vähän töitä. Hän seisoo sellaisen voiman käsitteen takana, joka pystyy liikuttamaan kehoa tai antamaan sille uusia ominaisuuksia. Mitä termi "energia" tarkoittaa? Fysiikka on perustiede, jolle monet tiedemiehet eri aikakausilta ja maista ovat omistaneet elämänsä. Jopa Aristoteles käytti sanaa "energia" viitaten ihmisen toimintaan. Kreikan kielestä käännettynä "energia" on "toiminta", "voima", "toiminta", "voima". Ensimmäistä kertaa tämä sana ilmestyi kreikkalaisen tiedemiehen fysiikan tutkielmassa.

Nyt yleisesti hyväksytyssä mielessä tämä termi olikäyttöön otti englantilainen fyysikko Thomas Jung. Tämä merkittävä tapahtuma tapahtui vuonna 1807. XIX-luvun 50-luvulla. Englantilainen mekaanikko William Thomson käytti ensin "kineettisen energian" käsitettä, ja vuonna 1853 skotlantilainen fyysikko William Rankin esitteli termin "potentiaalinen energia".

Nykyään tämä skalaari on läsnäkaikki fysiikan osa-alueet. Se on yksi mittaus liikkeen ja aineen vuorovaikutuksen eri muodoista. Toisin sanoen, se mittaa joidenkin muotojen muuttumista muiksi.

Mittayksiköt ja symbolit

Energian määrä mitataan jouleina (J). Tällä erityisyksiköllä voi energian tyypistä riippuen olla erilainen nimitys, esimerkiksi:

• W on järjestelmän kokonaisenergia.
• Q - lämpö.
• U on potentiaalinen.

Energiatyypit

Luonnossa on monia erilaisia ​​energiatyyppejä. Tärkeimmät ovat:

• mekaaninen;
• sähkömagneettinen;
• sähköinen;
• kemialliset;
• lämpö;
• ydin (atominen).

On myös muita energiamuotoja:valo, ääni, magneettinen. Viime vuosina yhä useammat fyysikot ovat taipuvaisia ​​hypoteesiin ns. "Pimeän" energian olemassaolosta. Jokaisella aiemmin luetellulla tämän aineen tyypillä on omat ominaisuutensa. Esimerkiksi äänienergia voidaan välittää aaltojen avulla. Ne myötävaikuttavat tärykalvojen tärinään ihmisten ja eläinten korvissa, minkä ansiosta ääni kuuluu. Erilaisten kemiallisten reaktioiden aikana vapautuu energiaa, joka on välttämätön kaikkien organismien elämälle. Polttoaine, ruoka, akut, paristot ovat tämän energian varastointia.

Valaisimemme antaa maapallolle energian muodossaelektromagneettiset aallot. Vain tällä tavoin hän voi voittaa kosmoksen avaruudet. Nykyaikaisen tekniikan, kuten aurinkopaneelien, ansiosta voimme käyttää sitä parhaalla mahdollisella tavalla. Ylimääräinen käyttämätön energia kertyy erityisiin energian varastointilaitteisiin. Edellä mainittujen energiatyyppien lisäksi käytetään usein lämpöjousia, jokia, valtameren laskuvettä ja virtausta sekä biopolttoaineita.

Mekaaninen energia

Tämän tyyppistä energiaa tutkitaan fysiikan osiossa,nimeltään "mekaniikka". Sitä merkitään kirjaimella E. Se mitataan jouleina (J). Mikä tämä energia on? Mekaniikan fysiikka tutkii kappaleiden liikettä ja niiden vuorovaikutusta toistensa tai ulkoisten kenttien kanssa. Tässä tapauksessa kehojen liikkumisesta johtuvaa energiaa kutsutaan kineettiseksi (merkitty Ek), ja kehojen tai ulkoisten kenttien vuorovaikutuksesta johtuvaa energiaa kutsutaan potentiaaliksi (En). Liikkeen ja vuorovaikutuksen summa edustaa järjestelmän mekaanista kokonaisenergiaa.

Molempien tyyppien laskemiseksi on yleinen sääntö.Energiamäärän määrittämiseksi tulisi laskea työ, joka tarvitaan kehon siirtämiseksi nollatilasta tähän tilaan. Lisäksi mitä enemmän työtä, sitä enemmän energiaa keholla on tässä tilassa.

Lajien erottaminen eri ominaisuuksien mukaan

Energiaerotusta on useita.Eri kriteerien mukaan se on jaettu ulkoisiin (kineettisiin ja potentiaalisiin) ja sisäisiin (mekaanisiin, termisiin, sähkömagneettisiin, ydinvoimiin, gravitaatioihin). Sähkömagneettinen energia puolestaan ​​jaetaan magneettiseksi ja sähköiseksi ja ydinvoima heikkojen ja voimakkaiden vuorovaikutusten energiaksi.

Kineettinen

Kaikki liikkuvat kappaleet erotetaan läsnäolostakineettinen energia. Sitä kutsutaan usein ajamiseksi. Liikkuvan kehon energia menetetään, kun se hidastuu. Siksi mitä nopeampi nopeus, sitä suurempi kineettinen energia.

Kun liikkuva kappale joutuu kosketukseen paikallaan olevan kohteen kanssa, jälkimmäinen siirretään kineettiseen osaan, joka myös sytyttää sen. Kineettisen energian kaava on seuraava:

• E_että = mv^2: 2,
  missä m on ruumiin massa, v on kehon nopeus.

Sanalla tämä kaava voidaan ilmaista seuraavasti: kohteen kineettinen energia on yhtä suuri kuin puolet sen massan tulosta sen nopeuden neliöllä.

Mahdollisuudet

Tämän tyyppistä energiaa omistavat elimet, jotkaovat missä tahansa voimakentässä. Joten magneetti tapahtuu, kun esine on magneettikentän vaikutuksen alaisena. Kaikilla maan päällä olevilla kehoilla on potentiaalista painovoimaenergiaa.

Tutkimuskohteiden ominaisuuksista riippuen nevoi olla erityyppistä potentiaalista energiaa. Joten joustavilla ja joustavilla kappaleilla, jotka pystyvät venyttämään, on potentiaalinen joustavuus- tai jännitysenergia. Jokainen putoava runko, joka oli aiemmin liikkumaton, menettää potentiaalinsa ja saa kineettisen kehon. Lisäksi näiden kahden tyypin suuruus on sama. Planeetamme painovoimakentällä potentiaalisen energian kaavalla on seuraava muoto:

• E_n = mhg,
  missä m on ruumiinpaino; h on ruumiin massan keskipisteen korkeus nollatason yläpuolella; g on painovoiman kiihtyvyys.

Sanalla tämä kaava voidaan ilmaista seuraavasti: Maan kanssa vuorovaikutuksessa olevan kohteen potentiaalinen energia on yhtä suuri kuin sen massan, painovoiman kiihtyvyyden ja korkeuden tulo, jolla se sijaitsee.

Tämä skalaari on ominaisuuspotentiaalisessa voimakentässä sijaitsevan aineellisen pisteen (rungon) energiavaranto, joka menee kineettisen energian hankkimiseen kenttävoimien työstä johtuen. Joskus sitä kutsutaan koordinaattifunktioksi, joka on termi järjestelmän Lagrangianissa (dynaamisen järjestelmän Lagrange-funktio). Tämä järjestelmä kuvaa heidän vuorovaikutustaan.

Potentiaalinen energia rinnastetaan nollaantietty avaruudessa sijaitsevien kappaleiden kokoonpano. Konfiguraation valinta määräytyy lisälaskelmien mukavuuden perusteella, ja sitä kutsutaan "potentiaalisen energian normalisoitumiseksi".

Laki energiansäästöstä

Yksi fysiikan perusperiaatteistaon energiansäästölaki. Sen mukaisesti energiaa ei synny mistä tahansa eikä se katoa mihinkään. Se muuttuu jatkuvasti muodosta toiseen. Toisin sanoen energiassa tapahtuu vain muutos. Joten esimerkiksi taskulampun pariston kemiallinen energia muuttuu sähköenergiaksi ja siitä valoksi ja lämmöksi. Erilaiset kodinkoneet muuntavat sähköenergian valoksi, lämmöksi tai ääneksi. Useimmiten muutoksen lopputulos on lämpö ja valo. Sen jälkeen energia menee ympäröivään tilaan.

Energialaki voi selittää moniafyysiset ilmiöt. Tutkijat väittävät, että sen kokonaismäärä maailmankaikkeudessa pysyy jatkuvasti vakiona. Kukaan ei voi luoda tai tuhota energiaa uudelleen. Tuottaessaan yhtä sen tyyppiä ihmiset käyttävät polttoaineen, putoavan veden ja atomin energiaa. Tässä tapauksessa yksi sen tyypeistä muuttuu toisiksi.

Vuonna 1918 g.tutkijat pystyivät todistamaan, että energiansäästölaki on matemaattinen seuraus ajan translaation symmetrisestä - konjugaattienergian suuruudesta. Toisin sanoen energiaa säästyy, koska fysiikan lait eivät eroa eri aikoina.

Energiaominaisuudet

Energia on kehon kyky tehdä työtä.Suljetuissa fyysisissä järjestelmissä se kestää koko ajan (niin kauan kuin järjestelmä on suljettu) ja on yksi kolmesta liikkeen additiivisesta integraalista, jotka säästävät suuruutta liikkeen aikana. Näitä ovat: energia, kulmamomentti, liikemäärä. Energian käsitteen käyttöönotto on tarkoituksenmukaista, kun fyysinen järjestelmä on ajassa homogeeninen.

Kehojen sisäinen energia

Se on molekyylienergioiden summasen muodostavien molekyylien vuorovaikutukset ja lämpöliikkeet. Sitä ei voida mitata suoraan, koska se on yksiselitteinen järjestelmän tilan funktio. Aina kun järjestelmä on tietyssä tilassa, sen sisäisellä energialla on luontainen merkityksensä järjestelmän olemassaolon historiasta riippumatta. Sisäisen energian muutos fyysisestä tilasta toiseen tapahtuvan siirtymisen aikana on aina yhtä suuri kuin loppu- ja alkutilojen arvojen ero.

Sisäinen kaasuenergia

Kiinteiden aineiden lisäksi kaasuilla on myös energiaa.Se edustaa järjestelmän hiukkasten lämpöliikkeen (kaoottisen) liike-energiaa, joka sisältää atomeja, molekyylejä, elektroneja, ytimiä. Ideaalikaasun sisäinen energia (kaasun matemaattinen malli) on sen hiukkasten kineettisten energioiden summa. Tässä otetaan huomioon vapausasteiden määrä, joka on riippumattomien muuttujien määrä, jotka määrittävät molekyylin sijainnin avaruudessa.

Energian käyttö

Joka vuosi ihmiskunta kuluttaa kaikenenemmän energiavaroja. Useimmiten fossiilisia hiilivetyjä, kuten hiiltä, ​​öljyä ja kaasua, käytetään kodin valaistukseen ja lämmitykseen, ajoneuvojen toimintaan ja erilaisiin mekanismeihin tarvittavan energian saamiseksi. Ne ovat uusiutumattomia luonnonvaroja.

Valitettavasti vain pieni osa energiastalouhitaan maapallolla uusiutuvien luonnonvarojen, kuten veden, tuulen ja auringon, avulla. Nykyään niiden osuus energia-alalla on vain 5%. Toinen 3% ihmisistä saa ydinvoimalaa.

Uusiutumattomilla luonnonvaroilla on seuraavat varat (jouleina):

• ydinenergia - 2 x 10²⁴;
• kaasun ja öljyn energia - 2 x 10 ²³;
• planeetan sisäinen lämpö - 5 x 10²⁰.

Maapallon uusiutuvien luonnonvarojen vuotuinen arvo:

• auringon energia - 2 x 10²⁴;
• tuuli - 6 x 10²¹;
• joet - 6,5 x 10¹⁹;
• merivedet - 2,5 x 10²³.

Vain siirtymällä ajoissa ajoissamaapallon uusiutumattomien energiakantojen käyttämisellä uusiutuvalle ihmiskunnalle on mahdollisuus pitkään ja onnelliseen olemassaoloon planeetallamme. Tutkijat ympäri maailmaa jatkavat energian eri ominaisuuksien huolellista tutkimista edistyksellisen kehityksen ilmentämiseksi.