พลังงานคือสิ่งที่ทำให้ชีวิตมีอยู่จริงไม่เพียงแต่บนโลกของเราเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในจักรวาลด้วย อย่างไรก็ตาม มันอาจแตกต่างกันมาก ดังนั้น ความร้อน เสียง แสง ไฟฟ้า ไมโครเวฟ แคลอรี่ จึงเป็นพลังงานประเภทต่างๆ สำหรับกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นรอบตัวเรา สารนี้มีความจำเป็น ทุกสิ่งที่มีอยู่บนโลกได้รับพลังงานส่วนใหญ่จากดวงอาทิตย์ แต่ก็มีแหล่งพลังงานอื่นเช่นกัน ดวงอาทิตย์ถ่ายโอนไปยังโลกของเรามากที่สุดเท่าที่ 100 ล้านของโรงไฟฟ้าที่ทรงพลังที่สุดจะผลิตได้ในเวลาเดียวกัน
พลังงานคืออะไร?
ตามทฤษฎีที่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เสนอศึกษาความสัมพันธ์ของสสารและพลังงาน นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนนี้สามารถพิสูจน์ความสามารถของสารหนึ่งในการแปรสภาพเป็นอีกสารหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน ปรากฎว่าพลังงานเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการดำรงอยู่ของร่างกาย และสสารเป็นเรื่องรอง
พลังงานคือความสามารถโดยทั่วไปทำงานบางอย่าง เธอคือผู้ที่อยู่เบื้องหลังแนวคิดของแรงที่สามารถเคลื่อนย้ายร่างกายหรือให้คุณสมบัติใหม่แก่มัน คำว่า "พลังงาน" หมายถึงอะไร? ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากจากยุคและประเทศต่าง ๆ ได้อุทิศชีวิตของพวกเขา แม้แต่อริสโตเติลยังใช้คำว่า "พลังงาน" เพื่ออ้างถึงกิจกรรมของมนุษย์ แปลจากภาษากรีกว่า "พลังงาน" คือ "กิจกรรม", "แรง", "การกระทำ", "พลัง" ครั้งแรกที่คำนี้ปรากฏในบทความของนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกชื่อฟิสิกส์
ตามความหมายที่ยอมรับกันทั่วไปในตอนนี้ คำนี้คือนำมาใช้โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Thomas Jung เหตุการณ์สำคัญนี้เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2350 ในยุค 50 ของศตวรรษที่ XIX ช่างกลชาวอังกฤษ วิลเลียม ทอมสัน ใช้แนวคิดเรื่อง "พลังงานจลน์" เป็นครั้งแรก และในปี พ.ศ. 2396 นักฟิสิกส์ชาวสก็อต วิลเลียม แรนกิน ได้แนะนำคำว่า "พลังงานศักย์"
วันนี้สเกลาร์นี้มีอยู่ในทุกส่วนของฟิสิกส์ เป็นการวัดรูปแบบการเคลื่อนที่และการโต้ตอบของสสารในรูปแบบต่างๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการวัดการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบบางอย่างเป็นรูปแบบอื่น
หน่วยวัดและสัญลักษณ์
ปริมาณพลังงานวัดเป็นจูล (J) หน่วยพิเศษนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของพลังงาน สามารถมีการกำหนดที่แตกต่างกัน เช่น:
- W คือพลังงานทั้งหมดของระบบ
- Q - ความร้อน
- ยูมีศักยภาพ
ประเภทพลังงาน
มีพลังงานหลายประเภทในธรรมชาติ คนหลักคือ:
- เครื่องกล;
- แม่เหล็กไฟฟ้า;
- ไฟฟ้า;
- สารเคมี;
- ความร้อน;
- นิวเคลียร์ (อะตอม).
มีพลังงานประเภทอื่น:แสง เสียง แม่เหล็ก. ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์จำนวนมากขึ้นมีแนวโน้มที่จะตั้งสมมติฐานว่ามีการดำรงอยู่ของพลังงานที่เรียกว่า "ความมืด" สารนี้แต่ละประเภทที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้มีลักษณะเฉพาะของตัวเอง ตัวอย่างเช่น พลังงานของเสียงสามารถส่งผ่านโดยใช้คลื่น พวกเขามีส่วนทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของแก้วหูในหูของคนและสัตว์ซึ่งต้องขอบคุณเสียงที่สามารถได้ยินได้ ในปฏิกิริยาเคมีต่างๆ พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งจำเป็นต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เชื้อเพลิง อาหาร เครื่องสะสม แบตเตอรี่ ล้วนเป็นแหล่งสะสมพลังงานนี้
แสงสว่างของเราให้พลังงานแก่โลกในรูปแบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยวิธีนี้เธอเท่านั้นที่สามารถเอาชนะความกว้างใหญ่ของจักรวาลได้ ด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย เช่น แผงโซลาร์เซลล์ เราจึงสามารถนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุดได้ พลังงานส่วนเกินที่ไม่ได้ใช้จะถูกสะสมในโรงเก็บพลังงานพิเศษ นอกจากประเภทของพลังงานข้างต้นแล้ว น้ำพุร้อน แม่น้ำ การขึ้นลงของมหาสมุทร และเชื้อเพลิงชีวภาพก็มักจะถูกนำมาใช้ด้วยเช่นกัน
พลังงานกล
พลังงานประเภทนี้ศึกษาในวิชาฟิสิกส์เรียกว่า "กลศาสตร์" มันเขียนแทนด้วยตัวอักษร E ซึ่งวัดเป็นจูล (J) พลังงานนี้คืออะไร? ฟิสิกส์ของกลศาสตร์ศึกษาการเคลื่อนที่ของร่างกายและการมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันหรือกับสนามภายนอก ในกรณีนี้ พลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุเรียกว่าจลนศาสตร์ (แสดงโดย Ek) และพลังงานที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของวัตถุหรือสนามภายนอกเรียกว่า ศักย์ (En) ผลรวมของการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์แสดงถึงพลังงานกลทั้งหมดของระบบ
มีกฎทั่วไปสำหรับการคำนวณทั้งสองประเภทในการกำหนดปริมาณพลังงาน เราควรคำนวณงานที่จำเป็นในการถ่ายโอนร่างกายจากสถานะศูนย์ไปยังสถานะนี้ ยิ่งทำงานมาก ร่างกายก็จะยิ่งมีพลังงานมากขึ้นในสภาวะนี้
การแยกสายพันธุ์ตามลักษณะที่แตกต่างกัน
การแยกพลังงานมีหลายประเภทตามเกณฑ์ต่าง ๆ มันถูกแบ่งออกเป็น: ภายนอก (จลนศาสตร์และศักย์) และภายใน (เครื่องกล, ความร้อน, แม่เหล็กไฟฟ้า, นิวเคลียร์, ความโน้มถ่วง) ในทางกลับกันพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าถูกแบ่งออกเป็นแม่เหล็กและไฟฟ้าและพลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานของการโต้ตอบที่อ่อนแอและรุนแรง
Kinetic
ร่างกายที่เคลื่อนไหวใด ๆ นั้นโดดเด่นด้วยการมีอยู่พลังงานจลน์. มักเรียกกันว่า - การขับรถ พลังงานของร่างกายที่เคลื่อนไหวจะหายไปเมื่อช้าลง ดังนั้น ยิ่งความเร็วเร็วขึ้น พลังงานจลน์ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
เมื่อวัตถุเคลื่อนที่สัมผัสกับวัตถุที่อยู่นิ่ง วัตถุหลังจะถูกถ่ายโอนไปยังส่วนหนึ่งของจลนศาสตร์ ซึ่งทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้เช่นกัน สูตรพลังงานจลน์มีดังนี้:
- จถึง = mv2: 2,
โดยที่ m คือมวลของร่างกาย v คือความเร็วของร่างกาย
กล่าวอีกนัยหนึ่ง สูตรนี้สามารถแสดงได้ดังนี้: พลังงานจลน์ของวัตถุมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของผลคูณของมวลของมันด้วยกำลังสองของความเร็ว
ศักยภาพ
พลังงานประเภทนี้ถูกครอบงำโดยร่างกายที่อยู่ในสนามพลังใด ๆ ดังนั้นแม่เหล็กจึงเกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก วัตถุทั้งหมดบนโลกมีพลังงานโน้มถ่วงที่อาจเกิดขึ้น
ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัตถุที่ศึกษาสามารถมีพลังงานศักย์ต่างกันได้ ดังนั้นร่างกายที่ยืดหยุ่นและยืดหยุ่นที่สามารถยืดตัวได้จึงมีพลังงานยืดหยุ่นหรือตึงเครียด ร่างกายที่ร่วงหล่นซึ่งก่อนหน้านี้ไม่มีการเคลื่อนไหวจะสูญเสียศักยภาพและได้รับจลนศาสตร์ ยิ่งกว่านั้นขนาดของทั้งสองประเภทนี้จะเท่ากัน ในสนามโน้มถ่วงของโลกของเรา สูตรพลังงานศักย์จะมีรูปแบบดังนี้:
- จn = มิลลิกรัม,
โดยที่ m คือน้ำหนักตัว h คือความสูงของจุดศูนย์กลางมวลกายเหนือระดับศูนย์ g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง
กล่าวอีกนัยหนึ่ง สูตรนี้สามารถแสดงได้ดังนี้: พลังงานศักย์ของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กับโลกเท่ากับผลคูณของมวลของมัน ความเร่งของแรงโน้มถ่วง และความสูงที่มันตั้งอยู่
สเกลาร์นี้เป็นลักษณะเฉพาะพลังงานสำรองของจุดวัสดุ (ร่างกาย) ที่อยู่ในสนามแรงที่อาจเกิดขึ้นและไปสู่การได้มาซึ่งพลังงานจลน์อันเนื่องมาจากการทำงานของแรงสนาม บางครั้งเรียกว่าฟังก์ชันพิกัด ซึ่งเป็นคำศัพท์ในระบบลากรองจ์ (ฟังก์ชันลากรองจ์ของระบบไดนามิก) ระบบนี้อธิบายการโต้ตอบของพวกเขา
พลังงานศักย์เท่ากับศูนย์สำหรับการกำหนดค่าบางอย่างของร่างกายที่อยู่ในอวกาศ ทางเลือกของการกำหนดค่าจะถูกกำหนดโดยความสะดวกในการคำนวณเพิ่มเติม และเรียกว่า "การทำให้เป็นมาตรฐานของพลังงานที่มีศักยภาพ"
กฎการอนุรักษ์พลังงาน
หนึ่งในหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์คือ กฎการอนุรักษ์พลังงาน ตามนั้นพลังงานไม่ได้เกิดขึ้นจากที่ใดก็ได้และไม่หายไปทุกที่ มันเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่งอย่างต่อเนื่อง กล่าวอีกนัยหนึ่งมีเพียงการเปลี่ยนแปลงพลังงานเท่านั้นที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น พลังงานเคมีของแบตเตอรี่ไฟฉายจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า จากนั้นเปลี่ยนเป็นแสงและความร้อน เครื่องใช้ในครัวเรือนต่างๆ แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแสง ความร้อน หรือเสียง ส่วนใหญ่แล้วผลลัพธ์สุดท้ายของการเปลี่ยนแปลงคือความร้อนและแสง หลังจากนั้นพลังงานจะเข้าสู่พื้นที่โดยรอบ
กฎแห่งพลังงานอธิบายได้หลายอย่างปรากฏการณ์ทางกายภาพ นักวิทยาศาสตร์อ้างว่าปริมาณรวมของมันในจักรวาลยังคงที่ตลอดเวลา ไม่มีใครสามารถสร้างใหม่หรือทำลายพลังงานได้ ผู้คนใช้พลังงานจากเชื้อเพลิง น้ำที่ตกลงมา และอะตอมโดยการผลิตหนึ่งในประเภทดังกล่าว ในกรณีนี้ประเภทหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นประเภทอื่น
ในปี พ.ศ. 2461 ก.นักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์ได้ว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นผลทางคณิตศาสตร์ของความสมมาตรเชิงการแปลของเวลา - ขนาดของพลังงานคอนจูเกต กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการอนุรักษ์พลังงานเนื่องจากกฎของฟิสิกส์ไม่แตกต่างกันในแต่ละช่วงเวลา
คุณสมบัติด้านพลังงาน
พลังงานคือความสามารถของร่างกายในการทำงานในระบบปิดทางกายภาพ มันจะคงอยู่ตลอดเวลา (ตราบใดที่ระบบปิดอยู่) และเป็นหนึ่งในสามอินทิกรัลเสริมของการเคลื่อนที่ที่รักษาขนาดไว้ระหว่างการเคลื่อนไหว ได้แก่ พลังงาน โมเมนตัมเชิงมุม โมเมนตัม การแนะนำแนวคิด "พลังงาน" นั้นเหมาะสมเมื่อระบบทางกายภาพเป็นเนื้อเดียวกันในเวลา
พลังงานภายในร่างกาย
เป็นผลรวมของพลังงานของโมเลกุลอันตรกิริยาและการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นมัน ไม่สามารถวัดได้โดยตรงเพราะเป็นหน้าที่ที่ชัดเจนของสถานะของระบบ เมื่อใดก็ตามที่ระบบอยู่ในสถานะที่กำหนด พลังงานภายในของระบบจะมีความหมายโดยธรรมชาติ โดยไม่คำนึงถึงประวัติศาสตร์ของการดำรงอยู่ของระบบ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะทางกายภาพหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งจะเท่ากับความแตกต่างระหว่างค่าในสถานะสุดท้ายและสถานะเริ่มต้นเสมอ
พลังงานก๊าซภายใน
นอกจากของแข็งแล้ว ก๊าซยังมีพลังงานอีกด้วยมันแสดงถึงพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน (วุ่นวาย) ของอนุภาคของระบบ ซึ่งรวมถึงอะตอม โมเลกุล อิเล็กตรอน นิวเคลียส พลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติ (แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของก๊าซ) คือผลรวมของพลังงานจลน์ของอนุภาค โดยคำนึงถึงจำนวนองศาอิสระซึ่งเป็นจำนวนตัวแปรอิสระที่กำหนดตำแหน่งของโมเลกุลในอวกาศ
การใช้พลังงาน
ทุกๆ ปี มนุษยชาติกลืนกินทุกสิ่งแหล่งพลังงานมากขึ้น ส่วนใหญ่มักใช้ฟอสซิลไฮโดรคาร์บอน เช่น ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซ เพื่อให้ได้พลังงานที่จำเป็นสำหรับการให้แสงสว่างและความร้อนแก่บ้านของเรา สำหรับการทำงานของยานพาหนะและกลไกต่างๆ เป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้
เสียดายพลังงานส่วนน้อยถูกขุดขึ้นมาบนโลกของเราโดยใช้ทรัพยากรหมุนเวียน เช่น น้ำ ลม และดวงอาทิตย์ วันนี้ส่วนแบ่งของพวกเขาในภาคพลังงานเพียง 5% อีก 3% คนได้รับพลังงานนิวเคลียร์ที่ผลิตในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ทรัพยากรที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้มีปริมาณสำรองดังต่อไปนี้ (เป็นจูล):
- พลังงานนิวเคลียร์ - 2 x 1024;
- พลังงานของก๊าซและน้ำมัน - 2 x 10 23;
- ความร้อนภายในของดาวเคราะห์ - 5 x 1020.
มูลค่าประจำปีของทรัพยากรหมุนเวียนของโลก:
- พลังงานของดวงอาทิตย์ - 2 x 1024;
- ลม - 6 x 1021;
- แม่น้ำ - 6.5 x 1019;
- กระแสน้ำ - 2.5 x 1023.
ด้วยการเปลี่ยนจาก .ในเวลาที่เหมาะสมเท่านั้นการใช้พลังงานสำรองของโลกเพื่อทดแทนมวลมนุษยชาติมีโอกาสที่จะมีชีวิตยืนยาวและมีความสุขบนโลกของเรา นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกยังคงศึกษาคุณสมบัติต่างๆ ของพลังงานอย่างละเอียดถี่ถ้วนเพื่อรวบรวมการพัฒนาขั้นสูง
