Energi är det som gör livet möjligt inte bara på vår planet, utan också i universum. Det kan dock vara väldigt olika. Så värme, ljud, ljus, elektricitet, mikrovågor, kalorier är olika typer av energi. För alla processer som äger rum runt omkring oss är detta ämne nödvändigt. Det mesta av energin som finns på jorden får från solen, men det finns andra källor till den. Solen överför den till vår planet så mycket som 100 miljoner av de mest kraftfulla kraftverken skulle producera samtidigt.
Vad är energi?
Teorin som lagts fram av Albert Einstein studerar förhållandet mellan materia och energi. Denna stora vetenskapsman kunde bevisa förmågan hos ett ämne att förvandlas till ett annat. Samtidigt visade det sig att energi är den viktigaste faktorn i kroppars existens, och materia är sekundär.
Energi är i stort sett förmågan att göra en del arbete. Det är hon som står förbegreppet en kraft som kan förflytta en kropp eller ge den nya egenskaper. Vad betyder termen "energi"? Fysik är en grundläggande vetenskap som många forskare från olika tidsepoker och länder ägnat sina liv åt. Till och med Aristoteles använde ordet "energi" för att hänvisa till mänsklig aktivitet. Översatt från det grekiska språket är "energi" "aktivitet", "styrka", "handling", "kraft". Första gången detta ord förekom i en avhandling av en grekisk vetenskapsman som heter "Fysik".
I den nu allmänt accepterade meningen myntades denna term av den engelske fysikern Thomas Young. Denna betydelsefulla händelse ägde rum redan 1807. På 50-talet av XIX-talet. den engelske mekanikern William Thomson var den förste som använde begreppet "rörelseenergi", och 1853 introducerade den skotske fysikern William Rankin termen "potentiell energi".
Idag finns denna skalära kvantitet i alla grenar av fysiken. Det är ett enda mått på olika former av rörelse och interaktion mellan materia. Det är med andra ord ett mått på omvandlingen av en form till en annan.
Mätningar och beteckningar
Mängden energi mäts i joule (J). Denna specialenhet kan, beroende på energislag, ha olika beteckningar, till exempel:
- W är den totala energin i systemet.
- Q - termisk.
- U – potential.
Typer av energi
Det finns många olika typer av energi i naturen. De viktigaste är:
- mekanisk;
- elektromagnetisk;
- elektrisk;
- kemikalie;
- termisk;
- nukleär (atomär).
Det finns andra typer av energi: ljus, ljud, magnetisk. Under de senaste åren är ett ökande antal fysiker benägna till hypotesen om existensen av den så kallade "mörka" energin. Var och en av de tidigare listade typerna av detta ämne har sina egna egenskaper. Till exempel kan ljudenergi överföras med hjälp av vågor. De bidrar till vibrationen av trumhinnorna i örat på människor och djur, tack vare vilka ljud kan höras. Under olika kemiska reaktioner frigörs den energi som är nödvändig för alla organismers liv. Allt bränsle, mat, ackumulatorer, batterier är lagringen av denna energi.
Vår stjärna ger jorden energi i form av elektromagnetiska vågor. Endast på detta sätt kan den övervinna kosmos vidder. Tack vare modern teknik, som solpaneler, kan vi använda den med största effekt. Överskott av oanvänd energi ackumuleras i speciella energilagringsanläggningar. Tillsammans med ovanstående energislag, termiska källor, floder, ebb och flöden i havet, används ofta biobränslen.
Mekanisk energi
Denna typ av energi studeras i den gren av fysiken som kallas "mekanik". Den betecknas med bokstaven E. Den mäts i joule (J). Vad är denna energi? Mekanikens fysik studerar kroppars rörelse och deras interaktion med varandra eller med yttre fält. I detta fall kallas energin på grund av kroppars rörelsekinetisk (betecknad med Ek), och energin på grund av växelverkan mellan kroppar eller yttre fält kallas potential (Ep). Summan av rörelse och interaktion är den totala mekaniska energin i systemet.
Det finns en allmän regel för att beräkna båda typerna. För att bestämma mängden energi är det nödvändigt att beräkna det arbete som krävs för att överföra kroppen från nolltillståndet till detta tillstånd. Dessutom, ju mer arbete, desto mer energi kommer kroppen att ha i detta tillstånd.
Separation av arter enligt olika kriterier
Det finns flera typer av energidelning. Enligt olika kriterier är den uppdelad i: extern (kinetisk och potential) och intern (mekanisk, termisk, elektromagnetisk, nukleär, gravitationell). Elektromagnetisk energi är i sin tur uppdelad i magnetisk och elektrisk, och kärnenergi delas in i energin av svaga och starka interaktioner.
Kinetic
Alla rörliga kroppar kännetecknas av närvaron av kinetisk energi. Det kallas ofta så - körning. Energin hos en kropp som rör sig går förlorad när den saktar ner. Således, ju snabbare hastighet, desto större rörelseenergi.
När en rörlig kropp kommer i kontakt med ett stationärt föremål, överförs en del av det kinetiska till det senare och sätter den i rörelse. Formeln för kinetisk energi är följande:
Med ord kan denna formel uttryckas på följande sätt: den kinetiska energin för ett objekt ärhalva produkten av dess massa gånger kvadraten av dess hastighet.
Potential
Denna typ av energi ägs av kroppar som befinner sig i något slags kraftfält. Så magnetisk uppstår när ett föremål är under påverkan av ett magnetfält. Alla kroppar på jorden har potentiell gravitationsenergi.
Beroende på egenskaperna hos studieobjekten kan de ha olika typer av potentiell energi. Så, elastiska och elastiska kroppar som kan sträcka sig, har den potentiella energin av elasticitet eller spänning. Varje fallande kropp som tidigare varit orörlig förlorar potential och blir kinetisk. I det här fallet kommer värdet av dessa två typer att vara likvärdigt. I gravitationsfältet på vår planet kommer den potentiella energiformeln att se ut så här:
Med ord kan denna formel uttryckas på följande sätt: den potentiella energin för ett objekt som interagerar med jorden är lika med produkten av dess massa, tyngdacceleration och höjden på vilken det är beläget.
Detta skalära värde är ett kännetecken för energireserven för en materialpunkt (kropp) som är belägen i ett potentiellt kraftfält och används för att förvärva kinetisk energi på grund av fältkrafternas arbete. Ibland kallas det för koordinatfunktionen, som är en term i systemets Langrangian (lagrangefunktionen för ett dynamiskt system). Det här systemet beskriver deras interaktion.
Potentiell energi är lika med noll fören viss konfiguration av kroppar belägna i rymden. Valet av konfiguration bestäms av bekvämligheten med ytterligare beräkningar och kallas "normalisering av potentiell energi".
Lagen om energibevarande
Ett av fysikens mest grundläggande postulat är lagen om energibevarande. Enligt honom kommer energi inte från någonstans och försvinner inte någonstans. Det förändras hela tiden från en form till en annan. Med andra ord, det är bara en förändring i energi. Så till exempel omvandlas den kemiska energin i ett ficklampsbatteri till elektrisk energi och från den till ljus och värme. Olika hushållsapparater förvandlar elektrisk energi till ljus, värme eller ljud. Oftast är slutresultatet av förändringen värme och ljus. Efter det går energin in i det omgivande rummet.
Energilagen kan förklara många fysiska fenomen. Forskare hävdar att dess totala volym i universum ständigt förblir oförändrad. Ingen kan skapa energi på nytt eller förstöra den. Genom att utveckla en av dess typer använder människor energin av bränsle, fallande vatten, en atom. Samtidigt förvandlas en av dess former till en annan.
År 1918 kunde forskare bevisa att lagen om energibevarande är en matematisk konsekvens av tidens translationella symmetri - värdet av konjugerad energi. Med andra ord, energi bevaras på grund av det faktum att fysikens lagar inte skiljer sig åt vid olika tidpunkter.
Energifunktioner
Energi är en kropps förmåga att utföra arbete. I stängtfysiska system, det bevaras under hela tiden (så länge som systemet är stängt) och är en av de tre additiva integralerna av rörelse som bevarar värdet under rörelse. Dessa inkluderar: energi, vinkelmomentum, momentum. Införandet av begreppet "energi" är lämpligt när det fysiska systemet är homogent i tiden.
Kroppens inre energi
Det är summan av energierna för molekylära interaktioner och de termiska rörelserna hos molekylerna som utgör den. Det kan inte mätas direkt eftersom det är en entydig funktion av systemets tillstånd. Närhelst ett system befinner sig i ett givet tillstånd har dess inre energi sitt inneboende värde, oavsett historien om systemets existens. Förändringen i intern energi under övergången från ett fysiskt tillstånd till ett annat är alltid lika med skillnaden mellan dess värden i slut- och initi altillståndet.
Gasens inre energi
Förutom fasta ämnen har gaser också energi. Det representerar den kinetiska energin för den termiska (kaotiska) rörelsen av systemets partiklar, som inkluderar atomer, molekyler, elektroner, kärnor. Den inre energin hos en idealgas (en matematisk modell av en gas) är summan av dess partiklars kinetiska energier. Detta tar hänsyn till antalet frihetsgrader, vilket är antalet oberoende variabler som bestämmer molekylens position i rymden.
Energianvändning
Varje år förbrukar mänskligheten mer och mer energiresurser. Oftast för energi,nödvändiga för belysning och uppvärmning av våra hem, drift av fordon och olika mekanismer, fossila kolväten som kol, olja och gas används. De är icke-förnybara resurser.
Tyvärr kommer bara en liten bråkdel av vår planets energi från förnybara resurser som vatten, vind och solen. Hittills är deras andel i energisektorn endast 5 %. Ytterligare 3 % får människor i form av kärnenergi som produceras i kärnkraftverk.
Icke-förnybara resurser har följande reserver (i joule):
- kärnenergi - 2 x 1024;
- gas- och oljeenergi – 2 x 10 23;
- planets inre värme - 5 x 1020.
Årligt värde av jordens förnybara resurser:
- solenergi - 2 x 1024;
- vind - 6 x 1021;
- rivers - 6, 5 x 1019;
- vattenvatten - 2,5 x 1023.
Endast med en snabb övergång från användningen av jordens icke-förnybara energireserver till förnybara, har mänskligheten en chans till en lång och lycklig tillvaro på vår planet. För att implementera banbrytande utveckling fortsätter forskare runt om i världen att noggrant studera energins olika egenskaper.
