Energija je ... Potencijalna i kinetička energija. Što je energija u fizici?

Energija je ono zbog čega život postojine samo na našem planetu, već i u svemiru. Međutim, to može biti vrlo različito. Dakle, toplina, zvuk, svjetlost, struja, mikrovalne pećnice, kalorije su različite vrste energije. Za sve procese koji se odvijaju oko nas potrebna je ova tvar. Sve što postoji na Zemlji većinu svoje energije prima od Sunca, ali postoje i drugi izvori energije. Sunce ga prenosi na naš planet čak 100 milijuna najmoćnijih elektrana koje bi istodobno proizvele.

Što je energija?

U teoriji koju je iznio Albert Einstein,proučava se odnos materije i energije. Ovaj veliki znanstvenik uspio je dokazati sposobnost jedne tvari da se transformira u drugu. Istodobno se pokazalo da je energija najvažniji čimbenik postojanja tijela, a materija sekundarna.

Energija je u velikoj mjeri sposobnostobaviti neki posao. Ona je ta koja stoji iza koncepta sile koja je sposobna pokretati tijelo ili mu dati nova svojstva. Što znači pojam "energija"? Fizika je temeljna znanost, kojoj su posvetili život mnogi znanstvenici iz različitih razdoblja i zemalja. Čak se i Aristotel koristio riječju "energija" da bi označio ljudsku aktivnost. U prijevodu s grčkog jezika "energija" je "aktivnost", "sila", "djelovanje", "snaga". Prvi se put ta riječ pojavila u raspravi grčkog znanstvenika pod nazivom Fizika.

U sada općeprihvaćenom smislu, ovaj je pojam biouveo u upotrebu engleski fizičar Thomas Jung. Ovaj značajan događaj zbio se davne 1807. godine. 50-ih godina XIX. Engleski mehaničar William Thomson prvi je put upotrijebio koncept "kinetičke energije", a 1853. škotski fizičar William Rankin uveo je izraz "potencijalna energija".

Danas je ovaj skalar prisutan usvi odjeljci fizike. To je jedna mjera različitih oblika gibanja i interakcije materije. Drugim riječima, to je mjera transformacije nekih oblika u druge.

Mjerne jedinice i simboli

Količina energije mjeri se u džulima (J). Ova posebna jedinica, ovisno o vrsti energije, može imati različite oznake, na primjer:

• W je ukupna energija sustava.
• Q - toplinska.
• U je potencijal.

Vrste energije

U prirodi postoji mnogo različitih vrsta energije. Glavni su:

• mehanički;
• elektromagnetski;
• električni;
• kemijska;
• toplinska;
• nuklearni (atomski).

Postoje i druge vrste energije:svjetlost, zvuk, magnetski. Posljednjih godina sve je veći broj fizičara sklon hipotezi o postojanju takozvane "tamne" energije. Svaka od prethodno navedenih vrsta ove tvari ima svoje osobine. Na primjer, zvučna energija može se prenositi pomoću valova. Doprinose vibraciji bubnjića u ušima ljudi i životinja, zbog kojih se mogu čuti zvukovi. Tijekom raznih kemijskih reakcija oslobađa se energija koja je neophodna za život svih organizama. Bilo koje gorivo, hrana, akumulatori, baterije su skladište ove energije.

Naš svjetiljka daje Zemlji energiju u oblikuElektromagnetski valovi. Samo na taj način može nadvladati prostranstvo Kozmosa. Zahvaljujući modernim tehnologijama kao što su solarni paneli, možemo ga koristiti s najvećim učinkom. Višak neiskorištene energije akumulira se u posebnim skladištima energije. Uz gore navedene vrste energije, često se koriste termalni izvori, rijeke, oseke i protoci oceana te biogoriva.

Mehanička energija

Ova vrsta energije proučava se u odjeljku fizike,pod nazivom "Mehanika". Označava se slovom E. Mjeri se u džulima (J). Koja je to energija? Fizika mehanike proučava kretanje tijela i njihovu međusobnu interakciju ili s vanjskim poljima. U tom se slučaju energija zbog kretanja tijela naziva kinetička (označava se Ek), a energija uslijed interakcije tijela ili vanjskih polja naziva se potencijalom (En). Zbroj gibanja i interakcije predstavlja ukupnu mehaničku energiju sustava.

Postoji opće pravilo za izračunavanje obje vrste.Da bi se odredila količina energije, treba izračunati rad potreban za prijenos tijela iz nultog stanja u ovo stanje. Štoviše, što više posla, tijelo će imati više energije u ovom stanju.

Odvajanje vrsta prema različitim karakteristikama

Postoji nekoliko vrsta odvajanja energije.Prema različitim kriterijima dijeli se na: vanjski (kinetički i potencijalni) i unutarnji (mehanički, toplinski, elektromagnetski, nuklearni, gravitacijski). Elektromagnetska energija se pak dijeli na magnetsku i električnu, a nuklearna energija na energiju slabih i jakih interakcija.

Kinetički

Sva pokretna tijela razlikuju se po prisutnostikinetička energija. To se često naziva - vožnja. Energija tijela koje se kreće gubi se kad uspori. Dakle, što je brza brzina, to je veća kinetička energija.

Kada tijelo u pokretu dođe u kontakt s nepokretnim objektom, potonji se prenosi na dio kinetike koji ga također pokreće. Formula kinetičke energije je sljedeća:

• E_u = mv^2: 2,
  gdje je m masa tijela, v je brzina tijela.

Riječima se ova formula može izraziti na sljedeći način: kinetička energija predmeta jednaka je polovici umnoška njegove mase kvadratom brzine.

Potencijal

Ovu vrstu energije posjeduju tijela kojasu u bilo kojem polju sile. Dakle, magnetsko se javlja kada je objekt pod utjecajem magnetskog polja. Sva tijela na zemlji imaju potencijalnu gravitacijsku energiju.

Ovisno o svojstvima predmeta proučavanja, onimogu imati različite vrste potencijalne energije. Dakle, elastična i elastična tijela koja se mogu istezati imaju potencijalnu energiju elastičnosti ili napetosti. Bilo koje padajuće tijelo, koje je prethodno bilo nepomično, gubi potencijal i dobiva kinetiku. Štoviše, veličina ove dvije vrste bit će jednaka. U gravitacijskom polju našeg planeta formula potencijalne energije imat će sljedeći oblik:

• E_n = mhg,
  gdje je m tjelesna težina; h je visina središta tjelesne mase iznad nulte razine; g je ubrzanje gravitacije.

Riječima se ova formula može izraziti na sljedeći način: potencijalna energija objekta koji djeluje sa Zemljom jednaka je umnošku njegove mase, ubrzanja gravitacije i visine na kojoj se nalazi.

Ovaj skalar je karakteristikapričuva energije materijalne točke (tijela) koja se nalazi u potencijalnom polju sila i ide prema stjecanju kinetičke energije uslijed rada sila polja. Ponekad se naziva koordinatna funkcija, što je pojam u Lagrangianu sustava (Lagrangeova funkcija dinamičkog sustava). Ovaj sustav opisuje njihovu interakciju.

Potencijalna energija izjednačena je s nulom zaodređena konfiguracija tijela koja se nalaze u svemiru. Izbor konfiguracije određen je pogodnošću daljnjih izračuna i naziva se "normalizacija potencijalne energije".

Zakon o očuvanju energije

Jedno od najosnovnijih načela fizikeje Zakon o očuvanju energije. U skladu s njom, energija ne nastaje nigdje i nigdje ne nestaje. Stalno se mijenja iz jednog oblika u drugi. Drugim riječima, događa se samo promjena energije. Tako se, na primjer, kemijska energija baterije svjetiljke pretvara u električnu energiju, a iz nje u svjetlost i toplinu. Razni kućanski uređaji pretvaraju električnu energiju u svjetlost, toplinu ili zvuk. Najčešće je krajnji rezultat promjene toplina i svjetlost. Nakon toga energija odlazi u okolni prostor.

Zakon energije može objasniti mnogefizičke pojave. Znanstvenici tvrde da njegov ukupni volumen u Svemiru ostaje konstantan cijelo vrijeme. Nitko ne može ponovno stvoriti ili uništiti energiju. Proizvodeći jednu od njenih vrsta, ljudi koriste energiju goriva, pada vode i atoma. Istodobno se jedna od njegovih vrsta pretvara u drugu.

1918. g.znanstvenici su uspjeli dokazati da je zakon očuvanja energije matematička posljedica translacijske simetrije vremena - veličine konjugirane energije. Drugim riječima, energija se čuva zbog činjenice da se zakoni fizike ne razlikuju u različito vrijeme.

Energetske značajke

Energija je sposobnost tijela da obavlja posao.U zatvorenim fizičkim sustavima on traje cijelo vrijeme (sve dok je sustav zatvoren) i jedan je od tri aditivna integrala gibanja koji čuvaju veličinu tijekom kretanja. Tu se ubrajaju: energija, kutni moment, impuls. Uvođenje koncepta "energije" je svrsishodno kada je fizički sustav vremenski homogen.

Unutarnja energija tijela

To je zbroj molekularnih energijainterakcije i toplinski pokreti molekula koje ga čine. Ne može se izravno izmjeriti jer je to nedvosmislena funkcija stanja sustava. Kad god se sustav nalazi u danom stanju, njegova unutarnja energija ima svoj inherentni smisao, bez obzira na povijest postojanja sustava. Promjena unutarnje energije tijekom prijelaza iz jednog fizičkog stanja u drugo uvijek je jednaka razlici između njezinih vrijednosti u konačnom i početnom stanju.

Unutarnja energija plina

Osim krutine, plinovi imaju i energiju.Predstavlja kinetičku energiju toplinskog (kaotičnog) gibanja čestica sustava, koje uključuju atome, molekule, elektrone, jezgre. Unutarnja energija idealnog plina (matematički model plina) zbroj je kinetičke energije njegovih čestica. To uzima u obzir broj stupnjeva slobode, što je broj neovisnih varijabli koje određuju položaj molekule u prostoru.

Korištenje energije

Svake godine čovječanstvo potroši sveviše energetskih resursa. Fosilni ugljikovodici poput ugljena, nafte i plina najčešće se koriste za dobivanje energije potrebne za osvjetljenje i grijanje naših domova, za rad vozila i različitih mehanizama. Oni su neobnovljivi izvori.

Nažalost, samo mali dio energijese kopa na našem planetu koristeći obnovljive izvore poput vode, vjetra i sunca. Danas njihov udio u energetskom sektoru iznosi samo 5%. Još 3% ljudi dobiva u obliku nuklearne energije proizvedene u nuklearnim elektranama.

Neobnovljivi izvori imaju sljedeće rezerve (u džulima):

• nuklearna energija - 2 x 10²⁴;
• energija plina i nafte - 2 x 10 ²³;
• unutarnja toplina planeta - 5 x 10²⁰.

Godišnja vrijednost obnovljivih izvora Zemlje:

• energija Sunca - 2 x 10²⁴;
• vjetar - 6 x 10²¹;
• rijeke - 6,5 x 10¹⁹;
• morske plime i oseke - 2,5 x 10²³.

Samo uz pravodobni prijelaz izkorištenje Zemljinih neobnovljivih rezervi energije za obnovljivo čovječanstvo ima priliku za dugo i sretno postojanje na našem planetu. Znanstvenici širom svijeta nastavljaju pažljivo proučavati različita svojstva energije kako bi utjelovljivali vrhunski razvoj.