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

Energija je ono što čini život mogućim ne samo na našem planetu, nego iu svemiru. Međutim, može biti vrlo različita. Dakle, toplina, zvuk, svjetlo, struja, mikrovalovi, kalorije predstavljaju različite vrste energije. Za sve procese koji se odvijaju oko nas, ta je supstanca potrebna. Većina energije na Zemlji dobiva se od Sunca, ali postoje i drugi izvori. Sunce ga prosljeđuje na naš planet koliko će proizvoditi 100 milijuna najmoćnijih elektrana.

Što je energija?

U teoriji koju je iznio Albert Einstein, proučava se međusobna povezanost materije i energije. Ovaj veliki znanstvenik bio je u mogućnosti dokazati sposobnost jedne tvari da se pretvori u drugu. Otkriveno je da je energija najvažniji čimbenik postojanja tijela, a materija je sekundarna.

Energija - u velikoj je mjeri sposobnost obavljanja nekog posla. Ona je ona koja se zalaže za koncept sile, sposoban za pomicanje tijela ili davanje novih svojstava. Što znači izraz "energija"? Fizika je temeljna znanost koju su mnogi znanstvenici različitih epoha i zemalja posvetili svojim životima. Aristotel je upotrijebio riječ "energija" da se odnosi na ljudsku aktivnost. U prijevodu s grčkog jezika, "energija" je "aktivnost", "moć", "djelovanje", "moć". Prvi put se ta riječ pojavila u raspravi znanstvenika - grčkom pod nazivom "Fizika".

U opće prihvaćenom smislu ovaj je pojam unio u uporabu od strane engleskog fizičara Thomas Jung. Ovaj značajni događaj dogodio se u udaljenom 1807. godini. Pedesetih godina XIX. Stoljeća. Engleski mehaničar William Thomson prvi je put koristio pojam "kinetičke energije", a 1853. škotski fizičar William Rankin uveo je pojam "potencijalna energija".

Danas je ova skalarna količina prisutna u svim dijelovima fizike. To je jedina mjera različitih oblika gibanja i interakcije materije. Drugim riječima, to je mjera transformacije jednog oblika u drugi.

Jedinice i simboli

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

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

Vrste energije

U prirodi postoji mnogo različitih vrsta energije. Glavni su:

• mehanički;
• elektromagnetski;
• električna;
• kemijski;
• toplinsko;
• nuklearna (atomska).

Postoje i druge vrste energije: svjetlo, zvuk, magnetski. Posljednjih godina sve veći broj fizičara sklon je hipotezi o postojanju takozvane "tamne" energije. Svaka od prethodno navedenih vrsta ove tvari ima svoje osobine. Na primjer, energija zvuka može se prenijeti valovima. Oni doprinose pojavi vibracija bubnjića u uhu ljudi i životinja, zahvaljujući kojima možete čuti zvukove. Tijekom različitih kemijskih reakcija oslobađa se energija potrebna za vitalnu aktivnost svih organizama. Sva goriva, hrana, baterije i baterije su skladište ove energije.

Naša svjetiljka daje energiju Zemlje u obliku elektromagnetskih valova. Samo na taj način može prevladati prostranstva Kozmosa. Zahvaljujući suvremenim 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, termalne izvore, rijeke, buka i protok ocean, biogoriva.

Mehanička energija

Ova vrsta energije proučava se u odjelu za fiziku, nazvanu "Mehanika". To je označeno slovom E. Njeno mjerenje provodi se u joulezima (J). Koja je to energija? Fizika mehanike proučava gibanje tijela i njihovu interakciju jedni s drugima ili s vanjskim poljima. U ovom slučaju, energija zbog gibanja tijela naziva se kinetička energija (označena s Ek), a energija zbog interakcija tijela ili vanjskim poljima, zove se potencijal (En). Zbroj gibanja i interakcije je ukupna mehanička energija sustava.

Postoji opće pravilo za izračun obje vrste. Da biste utvrdili količinu energije, izračunajte rad koji je potrebno za prijenos tijela od nulte države do tog stanja. U ovom slučaju, što više rada, to više energije tijelo će imati u ovom stanju.

Razdvajanje vrsta po različitim likovima

Postoji nekoliko vrsta dijeljenja energije. Na drugoj osnovi se dijele na: vanjsko (kinetičke i potencijalne) i unutarnje (mehanička, toplinska, elektromagnetske, nuklearne, gravitacije). Elektromagnetska energija je opet podijeljena na magnetskim i električnim i nuklearnom - energetski slabim i jakim interakcijama.

kinetički

Svako kretanje tijela razlikuje se od prisutnosti kinetičke energije. Često se zove vožnja. Energija tijela koje se pomiče izgubljena je kad se usporava. Dakle, što je brža brzina, to je veća kinetička energija.

Kada se tijelo kreće u dodir s nepomičnim predmetom, potonji se prenosi na kinetički dio, što dovodi do kretanja. Formula kinetičke energije sljedeće:

• E_u= mv^2: 2
  gdje m predstavlja misu tijela, v je brzina kretanja tijela.

Riječima ova formula može se izraziti na sljedeći način: kinetička energija objekta je jednaka polovici produkta njegove mase po kvadratu njegove brzine.

potencijal

Ova vrsta energije ima tijela koja su u nekom području sile. Znači, magneti nastaju kada je predmet pod utjecajem magnetskog polja. Sva tijela na zemlji imaju potencijalnu gravitacijsku energiju.

Ovisno o svojstvima predmeta studija, mogu imati različite vrste potencijalne energije. Dakle, elastična i elastična tijela koja su sposobna istezanje imaju potencijalnu energiju elastičnosti ili napetosti. Svako pada tijelo koje je bilo ranije nepokretno, gubi potencijal i dobiva kinetički. U ovom slučaju veličina ove dvije vrste bit će ekvivalentna. U gravitacijskom polju našeg planeta, formula potencijalne energije ima sljedeću formu:

• E_n = MHG,
  gdje m je masa tijela, h je visina središta mase tijela iznad nulte razine, g je ubrzanje zbog gravitacije.

Riječima ova formula može se izraziti na sljedeći način: potencijalna energija objekta koja je u interakciji s Zemljom jednaka je proizvodu njegove mase, ubrzanju slobodnog pada i nadmorske visine na kojoj se nalazi.

Ova skalarna veličina karakteristična je za energetsku rezervu materijalne točke (tijela) smještene u potencijalnom polju sile i koja će zbog kinetičke energije sniziti kinetičku energiju. Ponekad se naziva funkcija koordinata, što je termin u Lagrangeovom sustavu (Lagrangeova funkcija dinamičkog sustava). Ovaj sustav opisuje njihovu interakciju.

Potencijalna energija je jednaka nuli za određenu konfiguraciju tijela koja se nalaze u prostoru. Izbor konfiguracije određen je pogodnostima daljnjih izračuna i naziva se "normalizacija potencijalne energije".

Zakon o očuvanju energije

Jedan od najosnovnijih postulata fizike je Zakon o očuvanju energije. U skladu s tim, energija ne proizlazi iz bilo kojeg mjesta i ne nestaje nigdje. Neprekidno ide iz jednog oblika u drugi. Drugim riječima, samo se energija mijenja. Tako, na primjer, kemijska energija baterijske svjetiljke pretvori se u električni, a od njega - u svjetlost i toplinu. Razni kućanski aparati pretvaraju električnu energiju u svjetlost, toplinu ili zvuk. Najčešće, krajnji rezultat promjene je toplina i svjetlost. Nakon toga, energija ulazi u okolni prostor.

Zakon o energiji može mnogo objasniti fizičke pojave. Znanstvenici tvrde da je njezin ukupni volumen u svemiru stalno nepromijenjen. Nitko ne može ponovno stvoriti energiju ili uništiti. Razvijanje jedne od svojih vrsta, ljudi koriste energiju goriva, pada vode, atom. Istodobno, jedan od njegovih oblika postaje drugi.

Godine 1918., znanstvenici su uspjeli dokazati da je zakon o očuvanju energije je matematička posljedica translacijske simetrije vremena - parenje energetske vrijednosti. Drugim riječima, energija se očuva jer se zakoni fizike ne razlikuju u različitim vremenima.

Značajke energije

Energija je sposobnost tijela da radi posao. U zatvorenim fizičkim sustavima održava se cijelo vrijeme (sve dok je sustav zatvoren) i predstavlja jedno od tri aditivna integrala gibanja koja čuvaju veličinu tijekom gibanja. To uključuje: energiju, zamah, zamah. Preporučljivo je uvođenje koncepta "energije" kada je fizički sustav homogen u vremenu.

Unutarnja energija tijela

To je zbroj energije molekularnih interakcija i toplinskih kretanja molekula koje ga čine. Ne može se izravno mjeriti, budući da je jedinstvena funkcija stanja sustava. Uvijek, kada je sustav u određenom stanju, njegova unutarnja energija ima svoju intrinzičnu vrijednost, bez obzira na povijest postojanja sustava. Promjena unutarnje energije pri prijelazu iz jedne fizičke u drugu uvijek je jednaka razlici između njezinih vrijednosti u konačnom i početnom stanju.

Unutarnja energija plina

Pored krutih tvari, energija ima i plinove. Ona predstavlja kinetičku energiju toplinskog (kaotičnog) gibanja čestica sustava, koja uključuje atome, molekule, elektrone i jezgre. Unutarnja energija idealnog plina (matematički model plina) je zbroj kinetičkih energija njezinih čestica. To uzima u obzir broj stupnjeva slobode, što je broj nezavisnih varijabli koji određuju položaj molekule u prostoru.

Korištenje energije

Svake godine čovječanstvo troši sve više energije. Najčešće se koriste fosilna goriva poput ugljena, nafte i plina za generiranje energije potrebne za osvjetljavanje i zagrijavanje naših domova, radnih vozila i različitih mehanizama. Oni se odnose na neobnovljive resurse.

Nažalost, samo mali dio energije izvađen je na našem planetu uz pomoć obnovljivih izvora kao što su voda, vjetar i Sunce. Do danas je njihov udio u energetskom sektoru tek 5%. Još 3% ljudi dolazi u obliku nuklearne energije proizvedene u nuklearnim elektranama.

Neobnovljivi resursi imaju sljedeće rezerve (u joulesima):

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

Godišnja vrijednost obnovljivih izvora Zemlje:

• solarna energija - 2 x 10²⁴;
• vjetar - 6 x 10²¹;
• rijeke - 6,5 x 10¹⁹;
• morske mijene - 2,5 h 10²³.

Samo s pravodobnim prijelazom iz korištenja neobnovljivih izvora energije na Zemlju do obnovljivih izvora, čovječanstvo ima šansu za dugo i sretno postojanje na našem planetu. Da bi se implementirali napredni razvoj, znanstvenici širom svijeta nastavljaju pažljivo proučavati različite svojstva energije.