Energie is wat het leven doet bestaanniet alleen op onze planeet, maar ook in het heelal. Het kan echter heel anders zijn. Dus warmte, geluid, licht, elektriciteit, magnetrons, calorieën zijn verschillende soorten energie. Voor alle processen die om ons heen plaatsvinden, is deze stof nodig. Alles wat op aarde bestaat, ontvangt het grootste deel van zijn energie van de zon, maar er zijn andere energiebronnen. De zon brengt het naar onze planeet, net zoveel als 100 miljoen van de krachtigste energiecentrales tegelijkertijd zouden hebben geproduceerd.
Wat is energie?
In de theorie van Albert Einstein,de relatie tussen materie en energie wordt bestudeerd. Deze grote wetenschapper was in staat om te bewijzen dat de ene stof in een andere kan veranderen. Tegelijkertijd bleek dat energie de belangrijkste factor is in het bestaan van lichamen, en materie is secundair.
Energie is over het algemeen een vermogendoe wat werk. Zij is het die achter het concept staat van een kracht die in staat is een lichaam te bewegen of het nieuwe eigenschappen te geven. Wat betekent de term "energie"? Natuurkunde is een fundamentele wetenschap, waaraan veel wetenschappers uit verschillende tijdperken en landen hun leven hebben gewijd. Zelfs Aristoteles gebruikte het woord "energie" om te verwijzen naar menselijke activiteit. Vertaald uit het Grieks is "energie" "activiteit", "kracht", "actie", "kracht". De eerste keer dat dit woord verscheen in een verhandeling van een Griekse wetenschapper genaamd Natuurkunde.
In de nu algemeen aanvaarde betekenis was deze term:in gebruik genomen door de Engelse natuurkundige Thomas Jung. Deze belangrijke gebeurtenis vond plaats in 1807. In de jaren 50 van de 19e eeuw. De Engelse monteur William Thomson gebruikte voor het eerst het concept van "kinetische energie", en in 1853 introduceerde de Schotse natuurkundige William Rankin de term "potentiële energie".
Vandaag is deze scalair aanwezig inalle onderdelen van de natuurkunde. Het is een enkele maatstaf voor verschillende vormen van beweging en interactie van materie. Met andere woorden, het is een maatstaf voor de transformatie van sommige vormen in andere.
Maateenheden en symbolen
De hoeveelheid energie wordt gemeten in joule (J). Deze speciale eenheid kan, afhankelijk van het type energie, verschillende aanduidingen hebben, bijvoorbeeld:
- W is de totale energie van het systeem.
- Q - thermisch.
- U is potentieel.
Energiesoorten
Er zijn veel verschillende soorten energie in de natuur. De belangrijkste zijn:
- mechanisch;
- elektromagnetisch;
- elektrisch;
- chemisch;
- thermisch;
- nucleair (atomair).
Er zijn andere soorten energie:licht, geluid, magnetisch. De laatste jaren neigt een toenemend aantal natuurkundigen naar de hypothese van het bestaan van de zogenaamde "donkere" energie. Elk van de eerder genoemde typen van deze stof heeft zijn eigen kenmerken. Geluidsenergie kan bijvoorbeeld worden overgedragen met behulp van golven. Ze dragen bij aan de trilling van het trommelvlies in de oren van mensen en dieren, waardoor geluiden te horen zijn. Bij verschillende chemische reacties komt energie vrij, die nodig is voor het leven van alle organismen. Elke brandstof, voedsel, accu's, batterijen zijn de opslag van deze energie.
Ons licht geeft de aarde energie in de vormelektromagnetische golven. Alleen op deze manier kan ze de uitgestrektheid van de kosmos overwinnen. Dankzij moderne technieken zoals zonnepanelen kunnen we daar optimaal gebruik van maken. Overtollige ongebruikte energie wordt opgeslagen in speciale energieopslagen. Naast de bovengenoemde soorten energie worden vaak thermale bronnen, rivieren, eb en vloed van de oceaan en biobrandstoffen gebruikt.
Mechanische energie
Dit type energie wordt bestudeerd in de sectie natuurkunde,genaamd "Mechanica". Het wordt aangegeven met de letter E. Het wordt gemeten in joule (J). Wat is deze energie? De fysica van de mechanica bestudeert de beweging van lichamen en hun interactie met elkaar of met externe velden. In dit geval wordt de energie als gevolg van de beweging van lichamen kinetisch genoemd (aangeduid met Ek), en de energie als gevolg van de interactie van lichamen of externe velden wordt potentieel (En) genoemd. De som van beweging en interactie vertegenwoordigt de totale mechanische energie van het systeem.
Er is een algemene regel voor het berekenen van beide typen.Om de hoeveelheid energie te bepalen, moet men de arbeid berekenen die nodig is om het lichaam van de nultoestand naar deze toestand over te brengen. Bovendien, hoe meer werk, hoe meer energie het lichaam in deze toestand zal hebben.
Scheiding van soorten volgens verschillende kenmerken
Er zijn verschillende soorten energiescheiding.Volgens verschillende criteria is het onderverdeeld in: extern (kinetisch en potentieel) en intern (mechanisch, thermisch, elektromagnetisch, nucleair, zwaartekracht). Elektromagnetische energie wordt op zijn beurt onderverdeeld in magnetische en elektrische energie, en kernenergie in de energie van zwakke en sterke interacties.
kinetisch
Alle bewegende lichamen worden onderscheiden door de aanwezigheidkinetische energie. Zo wordt het vaak genoemd - autorijden. De energie van een bewegend lichaam gaat verloren wanneer het vertraagt. Dus hoe hoger de snelheid, hoe groter de kinetische energie.
Wanneer een bewegend lichaam in contact komt met een stilstaand object, wordt dit laatste overgebracht naar een deel van de kinetiek, waardoor het ook in beweging komt. De formule voor kinetische energie is als volgt:
- Enaar = mv2: 2,
waarbij m de massa van het lichaam is, v de snelheid van het lichaam.
In woorden kan deze formule als volgt worden uitgedrukt: de kinetische energie van een object is gelijk aan de helft van het product van zijn massa door het kwadraat van zijn snelheid.
Potentieel
Dit soort energie wordt bezeten door lichamen die:zijn in elk krachtveld. Magnetisch treedt dus op wanneer een object onder invloed staat van een magnetisch veld. Alle lichamen op aarde hebben potentiële gravitatie-energie.
Afhankelijk van de eigenschappen van de studieobjecten,kan verschillende soorten potentiële energie hebben. Dus, elastische en elastische lichamen die kunnen rekken, hebben potentiële energie van elasticiteit of spanning. Elk vallend lichaam, dat voorheen onbeweeglijk was, verliest potentieel en wordt kinetisch. Bovendien zal de omvang van deze twee typen equivalent zijn. In het zwaartekrachtveld van onze planeet zal de formule voor potentiële energie de volgende vorm hebben:
- En = mhg,
waarbij m het lichaamsgewicht is; h is de hoogte van het middelpunt van de lichaamsmassa boven het nulniveau; g is de versnelling van de zwaartekracht.
In woorden kan deze formule als volgt worden uitgedrukt: de potentiële energie van een object dat in wisselwerking staat met de aarde is gelijk aan het product van zijn massa, de versnelling van de zwaartekracht en de hoogte waarop het zich bevindt.
Deze scalair is een kenmerkenergiereserve van een materieel punt (lichaam) dat zich in een potentieel krachtveld bevindt en wordt gebruikt om kinetische energie te verwerven als gevolg van het werk van de veldkrachten. Soms wordt het de coördinaatfunctie genoemd, wat een term is in de Lagrange van het systeem (de Lagrange-functie van het dynamische systeem). Dit systeem beschrijft hun interactie.
Potentiële energie wordt gelijkgesteld aan nul vooreen bepaalde configuratie van lichamen die zich in de ruimte bevinden. De keuze van de configuratie wordt bepaald door het gemak van verdere berekeningen en wordt "potentiële energienormalisatie" genoemd.
Wet van energiebesparing
Een van de meest fundamentele principes van de natuurkundeis de wet van behoud van energie. In overeenstemming daarmee ontstaat energie nergens vandaan en verdwijnt ook nergens. Het verandert voortdurend van de ene vorm in de andere. Met andere woorden, er treedt alleen een verandering in energie op. Zo wordt bijvoorbeeld de chemische energie van een zaklampbatterij omgezet in elektrische energie, en daaruit in licht en warmte. Diverse huishoudelijke apparaten zetten elektrische energie om in licht, warmte of geluid. Meestal is het eindresultaat van de verandering warmte en licht. Daarna gaat de energie de omringende ruimte in.
De wet van energie kan veel verklarenfysieke verschijnselen. Wetenschappers beweren dat het totale volume in het heelal te allen tijde constant blijft. Niemand kan energie opnieuw creëren of vernietigen. Bij het produceren van een van zijn typen gebruiken mensen de energie van brandstof, vallend water en een atoom. In dit geval verandert een van zijn typen in een andere.
In 1918 gr.wetenschappers konden bewijzen dat de wet van behoud van energie een wiskundig gevolg is van de translatiesymmetrie van de tijd - de grootte van de geconjugeerde energie. Met andere woorden, energie wordt behouden vanwege het feit dat de wetten van de fysica niet op verschillende tijdstippen verschillen.
Energiefuncties
Energie is het vermogen van het lichaam om arbeid te verrichten.In gesloten fysieke systemen blijft het de hele tijd bestaan (zolang het systeem gesloten is) en is het een van de drie additieve bewegingsintegralen die de grootte tijdens beweging behouden. Deze omvatten: energie, impulsmoment, impuls. De introductie van het begrip "energie" is nuttig wanneer het fysieke systeem homogeen is in de tijd.
Interne energie van lichamen
Het is de som van de energieën van moleculaireinteracties en thermische bewegingen van de moleculen waaruit het bestaat. Het kan niet direct worden gemeten omdat het een ondubbelzinnige functie is van de toestand van het systeem. Wanneer een systeem zich in een bepaalde staat bevindt, heeft zijn interne energie zijn inherente betekenis, ongeacht de geschiedenis van het bestaan van het systeem. De verandering in interne energie tijdens de overgang van de ene fysieke toestand naar de andere is altijd gelijk aan het verschil tussen de waarden in de eind- en begintoestand.
Interne gasenergie
Naast vaste stoffen hebben gassen ook energie.Het vertegenwoordigt de kinetische energie van de thermische (chaotische) beweging van de deeltjes van het systeem, waaronder atomen, moleculen, elektronen, kernen. De interne energie van een ideaal gas (wiskundig model van een gas) is de som van de kinetische energieën van zijn deeltjes. Hierbij wordt rekening gehouden met het aantal vrijheidsgraden, het aantal onafhankelijke variabelen dat de positie van het molecuul in de ruimte bepaalt.
Energieverbruik
Elk jaar consumeert de mensheid allesmeer energiebronnen. Meestal worden fossiele koolwaterstoffen zoals kolen, olie en gas gebruikt om de energie te verkrijgen die nodig is voor de verlichting en verwarming van onze huizen, voor de werking van voertuigen en verschillende mechanismen. Het zijn niet-hernieuwbare bronnen.
Helaas maar een klein deel van de energiewordt gedolven op onze planeet met behulp van hernieuwbare bronnen zoals water, wind en de zon. Vandaag bedraagt hun aandeel in de energiesector slechts 5%. Nog eens 3% mensen krijgen in de vorm van kernenergie geproduceerd in kerncentrales.
Niet-hernieuwbare grondstoffen hebben de volgende reserves (in joules):
- kernenergie - 2 x 1024;
- energie van gas en olie - 2 x 10 23;
- de innerlijke hitte van de planeet - 5 x 1020.
Jaarlijkse waarde van de hernieuwbare bronnen van de aarde:
- energie van de zon - 2 x 1024;
- wind - 6 x 1021;
- rivieren - 6.5 x 1019;
- zeegetijden - 2,5 x 1023.
Alleen met een tijdige overgang vanhet gebruik van de niet-hernieuwbare energiereserves van de aarde voor hernieuwbare heeft de mensheid kans op een lang en gelukkig bestaan op onze planeet. Wetenschappers over de hele wereld blijven de verschillende eigenschappen van energie zorgvuldig bestuderen om geavanceerde ontwikkelingen te belichamen.
