Energi er det, der gør liv muligt ikke kun på vores planet, men også i universet. Det kan dog være meget forskelligt. Så varme, lyd, lys, elektricitet, mikrobølger, kalorier er forskellige typer energi. For alle de processer, der finder sted omkring os, er dette stof nødvendigt. Det meste af den energi, der findes på Jorden, modtager fra Solen, men der er andre kilder til det. Solen overfører det til vores planet, så meget som 100 millioner af de mest kraftfulde kraftværker ville producere på samme tid.
Hvad er energi?
Teorien fremsat af Albert Einstein studerer forholdet mellem stof og energi. Denne store videnskabsmand var i stand til at bevise et stofs evne til at blive til et andet. Samtidig viste det sig, at energi er den vigtigste faktor i kroppens eksistens, og stof er sekundært.
Energi er i det store og hele evnen til at udføre noget arbejde. Det er hende, der står forbegrebet en kraft, der er i stand til at bevæge et legeme eller give det nye egenskaber. Hvad betyder udtrykket "energi"? Fysik er en grundlæggende videnskab, som mange videnskabsmænd fra forskellige epoker og lande viede deres liv til. Selv Aristoteles brugte ordet "energi" til at henvise til menneskelig aktivitet. Oversat fra det græske sprog er "energi" "aktivitet", "styrke", "handling", "kraft". Første gang dette ord optrådte i en afhandling af en græsk videnskabsmand kaldet "fysik".
I den nu almindeligt accepterede betydning blev dette udtryk opfundet af den engelske fysiker Thomas Young. Denne betydningsfulde begivenhed fandt sted tilbage i 1807. I 50'erne af XIX århundrede. den engelske mekaniker William Thomson var den første, der brugte begrebet "kinetisk energi", og i 1853 introducerede den skotske fysiker William Rankin begrebet "potentiel energi".
I dag er denne skalære mængde til stede i alle grene af fysikken. Det er et enkelt mål for forskellige former for bevægelse og interaktion mellem stof. Med andre ord er det et mål for transformationen af en form til en anden.
Mål og betegnelser
Mængden af energi måles i joule (J). Denne specielle enhed kan, afhængigt af energitypen, have forskellige betegnelser, for eksempel:
- W er systemets samlede energi.
- Q - termisk.
- U – potentiale.
Typer af energi
Der er mange forskellige typer energi i naturen. De vigtigste er:
- mekanisk;
- elektromagnetisk;
- elektrisk;
- kemikalie;
- termisk;
- nuklear (atomare).
Der er andre typer energi: lys, lyd, magnetisk. I de senere år er et stigende antal fysikere tilbøjelige til hypotesen om eksistensen af den såkaldte "mørke" energi. Hver af de tidligere nævnte typer af dette stof har sine egne egenskaber. For eksempel kan lydenergi transmitteres ved hjælp af bølger. De bidrager til vibrationen af trommehinderne i øret på mennesker og dyr, takket være hvilke lyde kan høres. I løbet af forskellige kemiske reaktioner frigives den energi, der er nødvendig for alle organismers liv. Ethvert brændstof, mad, akkumulatorer, batterier er lagringen af denne energi.
Vores stjerne giver Jorden energi i form af elektromagnetiske bølger. Kun på denne måde kan den overvinde Kosmos vidder. Takket være moderne teknologi, såsom solpaneler, kan vi bruge det til den største effekt. Overskydende ubrugt energi akkumuleres i særlige energilagringsanlæg. Sammen med ovennævnte energityper, termiske kilder, floder, havflod og ebbe, bruges biobrændstoffer ofte.
Mekanisk Energi
Denne form for energi studeres i den gren af fysik, der kaldes "mekanik". Det er angivet med bogstavet E. Det måles i joule (J). Hvad er denne energi? Mekanikkens fysik studerer legemers bevægelse og deres interaktion med hinanden eller med eksterne felter. I dette tilfælde kaldes energien på grund af kroppens bevægelsekinetisk (betegnet med Ek), og energien på grund af vekselvirkningen mellem kroppe eller ydre felter kaldes potentiale (Ep). Summen af bevægelse og interaktion er systemets samlede mekaniske energi.
Der er en generel regel for beregning af begge typer. For at bestemme mængden af energi er det nødvendigt at beregne det arbejde, der kræves for at overføre kroppen fra nultilstanden til denne tilstand. Desuden, jo mere arbejde, jo mere energi vil kroppen have i denne tilstand.
Adskillelse af arter i henhold til forskellige kriterier
Der er flere slags energideling. Ifølge forskellige kriterier er den opdelt i: ekstern (kinetisk og potentiale) og intern (mekanisk, termisk, elektromagnetisk, nuklear, gravitationel). Elektromagnetisk energi er til gengæld opdelt i magnetisk og elektrisk, og kerneenergi er opdelt i energien af svage og stærke vekselvirkninger.
Kinetic
Alle bevægelige kroppe er kendetegnet ved tilstedeværelsen af kinetisk energi. Det kaldes det ofte - kørsel. Energien i en krop, der bevæger sig, går tabt, når den bremses. Jo hurtigere hastigheden er, jo større er den kinetiske energi.
Når en krop i bevægelse kommer i kontakt med en stationær genstand, overføres en del af den kinetiske til den sidstnævnte og sætter den i bevægelse. Den kinetiske energiformel er som følger:
Med ord kan denne formel udtrykkes som følger: den kinetiske energi af et objekt erhalvdelen af produktet af dens masse gange kvadratet af dens hastighed.
Potentiale
Denne type energi er besat af kroppe, der er i en slags kraftfelt. Så magnetisk opstår, når et objekt er under påvirkning af et magnetfelt. Alle legemer på jorden har potentiel gravitationsenergi.
Afhængig af egenskaberne af undersøgelsesobjekterne kan de have forskellige typer potentiel energi. Så elastiske og elastiske kroppe, der er i stand til at strække, har den potentielle energi af elasticitet eller spænding. Enhver faldende krop, der tidligere var ubevægelig, mister potentiale og får kinetisk. I dette tilfælde vil værdien af disse to typer være ækvivalent. I vores planets gravitationsfelt vil den potentielle energiformel se sådan ud:
Med ord kan denne formel udtrykkes som følger: den potentielle energi af et objekt, der interagerer med Jorden, er lig med produktet af dets masse, tyngdeacceleration og den højde, hvor det er placeret.
Denne skalarværdi er en karakteristik af energireserven af et materielt punkt (legeme) placeret i et potentielt kraftfelt og bruges til at erhverve kinetisk energi på grund af feltkræfternes arbejde. Nogle gange kaldes det koordinatfunktionen, som er et led i systemets Langrangian (et dynamisk systems Lagrange-funktion). Dette system beskriver deres interaktion.
Potentiel energi er lig med nul foren bestemt konfiguration af kroppe placeret i rummet. Valget af konfiguration bestemmes af bekvemmeligheden ved yderligere beregninger og kaldes "normalisering af potentiel energi".
Loven om energiens bevarelse
Et af fysikkens mest grundlæggende postulater er loven om energibevarelse. Ifølge ham dukker energi ikke op nogen steder fra og forsvinder ikke nogen steder. Det skifter konstant fra en form til en anden. Med andre ord er der kun en ændring i energien. Så for eksempel omdannes den kemiske energi fra et lommelygtebatteri til elektrisk energi og fra det til lys og varme. Forskellige husholdningsapparater omdanner elektrisk energi til lys, varme eller lyd. Oftest er slutresultatet af ændringen varme og lys. Derefter går energien ind i det omgivende rum.
Energiloven kan forklare mange fysiske fænomener. Forskere hævder, at dets samlede volumen i universet konstant forbliver uændret. Ingen kan skabe energi på ny eller ødelægge den. Ved at udvikle en af dens typer bruger folk energien fra brændstof, faldende vand, et atom. Samtidig bliver en af dens former til en anden.
I 1918 var videnskabsmænd i stand til at bevise, at loven om energibevarelse er en matematisk konsekvens af tidens translationelle symmetri - værdien af konjugeret energi. Med andre ord, energi bevares på grund af det faktum, at fysikkens love ikke er forskellige på forskellige tidspunkter.
Energifunktioner
Energi er en krops evne til at udføre arbejde. I lukketfysiske systemer, bevares det gennem hele tiden (så længe systemet er lukket) og er et af de tre additive integraler af bevægelse, der bevarer værdien under bevægelse. Disse omfatter: energi, vinkelmomentum, momentum. Introduktionen af begrebet "energi" er passende, når det fysiske system er homogent i tid.
Kroppens indre energi
Det er summen af energierne af molekylære interaktioner og de termiske bevægelser af molekylerne, der udgør den. Det kan ikke måles direkte, fordi det er en entydig funktion af systemets tilstand. Når et system befinder sig i en given tilstand, har dets indre energi sin iboende værdi, uanset historien om systemets eksistens. Ændringen i indre energi under overgangen fra en fysisk tilstand til en anden er altid lig med forskellen mellem dens værdier i slut- og begyndelsestilstanden.
Intern energi af gas
Ud over faste stoffer har gasser også energi. Det repræsenterer den kinetiske energi af den termiske (kaotiske) bevægelse af systemets partikler, som omfatter atomer, molekyler, elektroner, kerner. Den indre energi af en ideel gas (en matematisk model af en gas) er summen af dens partiklers kinetiske energier. Dette tager højde for antallet af frihedsgrader, som er antallet af uafhængige variable, der bestemmer molekylets position i rummet.
Energiforbrug
Hvert år bruger menneskeheden flere og flere energiressourcer. Oftest for energi,nødvendige til belysning og opvarmning af vores hjem, drift af køretøjer og forskellige mekanismer, fossile kulbrinter som kul, olie og gas bruges. De er ikke-fornybare ressourcer.
Desværre kommer kun en lille brøkdel af vores planets energi fra vedvarende ressourcer såsom vand, vind og solen. Til dato er deres andel i energisektoren kun 5 %. Yderligere 3 % mennesker modtager i form af atomenergi produceret i atomkraftværker.
Ikke-fornyelige ressourcer har følgende reserver (i joule):
- atomenergi - 2 x 1024;
- gas- og olieenergi – 2 x 10 23;
- planetens indre varme - 5 x 1020.
Årlig værdi af jordens vedvarende ressourcer:
- solenergi - 2 x 1024;
- vind - 6 x 1021;
- floder - 6, 5 x 1019;
- havtidevand - 2,5 x 1023.
Kun med en rettidig overgang fra brugen af jordens ikke-vedvarende energireserver til vedvarende, har menneskeheden en chance for en lang og lykkelig tilværelse på vores planet. For at implementere banebrydende udvikling fortsætter videnskabsmænd over hele verden med at omhyggeligt studere energiens forskellige egenskaber.
