Energija yra ... Potenciali ir kinetinė energija. Kas yra fizika?

Energija yra tai, kas daro gyvenimąne tik mūsų planetoje, bet ir visatoje. Tačiau jis gali būti labai skirtingas. Taigi, šiluma, garsas, šviesa, elektra, mikrobangų krosnelės, kalorijos yra skirtingos energijos rūšys. Kadangi visi procesai vyksta aplink mus, ši medžiaga yra reikalinga. Dauguma Žemės energijos gaunama iš Saulės, tačiau yra ir kitų šaltinių. Saulė patenka į mūsų planetą taip pat, kaip ir 100 mln. Galingiausių jėgainių.

Kas yra energija?

Alberto Einšteino pateiktoje teorijojetiriamas medžiagų ir energijos sąryšis. Šis puikus mokslininkas sugebėjo įrodyti vienos medžiagos gebėjimą paversti kita. Nustatyta, kad energija yra svarbiausias organų egzistavimo veiksnys, o medžiaga yra antrinė.

Energetika iš esmės yra gebėjimasatlikti tam tikrą darbą. Būtent ji laikosi jėgos koncepcijos, galinčios perkelti kūną arba suteikti jai naujas savybes. Ką reiškia terminas "energija"? Fizika yra pagrindinis mokslas, kurį daugelis skirtingų epochų ir šalių mokslininkų paskyrė savo gyvenimams. Aristotelis vartojo žodį "energija", vadinamą žmogaus veikla. Verčiant graikų kalbą "energija" yra "veikla", "galia", "veiksmas", "galia". Pirmą kartą šis žodis pasirodė graikų mokslininko traktatuose pavadinimu "Fizika".

Visuotinai pripažinta prasme šis terminas buvobuvo pristatytas anglų fizikas Thomas Jungas. Šis reikšmingas įvykis įvyko tolimoje 1807 m. XIX a. Penkioliktojoje. Anglų inžinierius Viljamas Thomson pirmasis panaudojo terminą "kinetinė engergiya", o 1853 metais Škotijos fizikas Viljamas Rankine sugalvojo terminą "potencinė energija".

Šiandien šis skaliarinis kiekis yravisos fizikos šakos. Tai yra vienintelis įvairių formų judesio ir materijos sąveikos matas. Kitaip tariant, tai yra vienos formos transformacijos į kitą priemonė.

Vienetai ir simboliai

Energijos kiekis matuojamas džauliais (J). Šis specialus įrenginys, priklausomai nuo energijos rūšies, gali turėti skirtingus pavadinimus, pavyzdžiui:

• W - visa sistemos energija.
• Q yra terminis.
• U yra potencialas.

Energijos rūšys

Gamtoje yra daug skirtingų energijos rūšių. Pagrindiniai yra šie:

• mechaninis;
• elektromagnetinis;
• elektrinis;
• cheminis;
• terminis;
• branduolinis (atominis).

Yra ir kitų rūšių energijos: šviesa, garsas, magnetas. Pastaraisiais metais vis daugiau fizikų linkę į vadinamosios "tamsios" energijos egzistavimo hipotezę. Kiekviena iš anksčiau išvardytų šios medžiagos rūšių turi savybių. Pavyzdžiui, garso energija gali būti perduodama bangomis. Jos prisideda prie blakstienų vibracijos atsiradimo žmonių ir gyvūnų ausyje, dėl kurių galite girdėti garsus. Įvairių cheminių reakcijų metu išsiskiria energija, reikalinga visų organizmų gyvybei. Bet kuras kuras, maistas, baterijos, baterijos yra šios energijos sandėlis.

Mūsų šviesos daviklis suteikia Žemės energijąelektromagnetinės bangos. Tik tokiu būdu jis gali įveikti Kosmoso erdves. Dėl šiuolaikinių technologijų, tokių kaip saulės kolektoriai, mes galime jį naudoti didžiausiu efektu. Nepanaudotos energijos perteklius kaupiamas specialiose energijos saugyklose. Kartu su anksčiau minėtais energijos šaltiniais, terminiais šaltiniais, upėmis, potvyniais ir vandenyno pakrantėmis, dažnai naudojamas biokuras.

Mechaninė energija

Šio tipo energija yra nagrinėjama fizikos skyriuje,vadinamas "mechanika". Jis žymimas raidėmis E. Jo matavimas atliekamas džauliais (J). Kokia yra ši energija? Mechanikos fizika nagrinėja kūnų judesį ir jų sąveiką tarpusavyje ar su išoriniais laukais. Šiuo atveju energija, atsiradusi dėl kūnų judesio, vadinama kinetine energija (žymima Ek), o energija, kurią sukelia kūnų ar išorinių laukų sąveika, vadinama potencialia energija (En). Judėjimo ir sąveikos suma yra visa sistemos mechaninė energija.

Yra abiejų tipų apskaičiavimo taisyklė. Norėdami nustatyti energijos kiekį, apskaičiuokite darbą, kurio reikia, kad kūnas būtų perkeliamas iš nulio būklės į šią būseną. Šiuo atveju, kuo daugiau darbo, tuo daugiau energijos šioje kūnai turės.

Rūšių atskyrimas skirtingais simboliais

Yra keletas rūšių energijos dalijimosi. Dėl įvairių priežasčių ji yra padalyta į: išorės (kinetinę ir potencinę) ir vidaus (mechaninis, terminis, elektromagnetinio, branduolinių, sunkio jėgos). Elektromagnetinis energija savo ruožtu skirstomi į magnetinio ir elektrinio ir branduolinių - energijos silpnų ir stiprių sąveikų.

Kinetika

Visi judantys kūnai išsiskiria buvimukinetinė energija. Tai dažnai vadinama važiavimu. Kūno judesio energija prarandama, kai ji sulėtėja. Taigi, kuo greitesnis greitis, tuo didesnė kinetinė energija.

Kai judantis kūnas susiduria su nejudančiu objektu, pastarasis perkeliamas į kinetinę dalį, kuri veda prie judėjimo. Kinetikos energijos formulė yra tokia:

• E_į = mv^2: 2,
  kur m - kūno masė, v - kūno judesio greitis.

Žodžiu, ši formulė gali būti išreikšta taip: objekto kinetinė energija yra lygi pusei jo masės vienam kvadratiniam jo greičiui.

Potencialas

Ši energijos rūšis turi įstaigasyra tam tikroje jėgos srityje. Taigi, magnetas atsiranda, kai objektas yra veikiamas magnetinio lauko. Visos žemės kūnai turi potencialų gravitacinę energiją.

Priklausomai nuo studijų objektų savybių, jiegali turėti įvairias potencialios energijos rūšis. Taigi, elastiniai ir elastiniai kūnai, kurie gali ištempti, turi potencialią elastingumo ar įtempimo energiją. Bet koks krintantis kūnas, kuris anksčiau buvo judesis, praranda potencialą ir įgyja kinetinę. Tokiu atveju šių dviejų rūšių dydis bus lygus. Mūsų planetos gravitaciniame lauke potenciali energijos formulė bus tokia:

• E_n = mhg
  kur m - kūno masė; h - kūno masės centro aukštis virš nulio lygio; g - gravitacijos pagreitis.

Žodžiai, ši formulė gali būti išreikšta taip: potencialus objekto, kuris sąveikauja su žeme, energija yra lygi jo masės produkcijai, laisvo kritimo greičiui ir aukščiui, kuriame jis yra.

Šis skaliarinis kiekis yra būdingasmaterialinio taško (kūno) energijos rezervas, esantis galimo jėgos lauke ir ketinantis įgyti kinetinę energiją dėl lauko jėgų darbo. Kartais tai vadinama koordinačių funkcija, kuri yra terminas sistemos Lagrangian (dinaminės sistemos Lagrange funkcija). Ši sistema aprašo jų sąveiką.

Potenciali energija prilyginama nuliuitam tikra erdvėje esančių kūno konfigūracija. Konfigūracijos pasirinkimas priklauso nuo tolesnių skaičiavimų patogumo ir yra vadinamas "potencialios energijos normalizavimu".

Energijos išsaugojimo įstatymas

Vienas iš pagrindinių fizikos postulatųyra energijos išsaugojimo įstatymas. Atsižvelgiant į tai, energija niekur nekyla ir niekur neišnyksta. Ji nuolat eina iš vienos formos į kitą. Kitaip tariant, keičiasi tik energija. Pavyzdžiui, žibintuvėlio akumuliatoriaus cheminė energija paverčiama elektros energija, o iš jos - į šviesą ir šilumą. Įvairūs buitiniai prietaisai paverčia elektra į šviesą, šilumą ar garsą. Dažniausiai galutinis pokyčių rezultatas yra šiluma ir šviesa. Po to energija eina į aplinkinę erdvę.

Daug energijos gali paaiškinti energijos įstatymasfiziniai reiškiniai. Mokslininkai tvirtina, kad bendras jo kiekis visatoje yra nepakitęs. Niekas negali sukurti energijos iš naujo ar sunaikinti. Kuriant vieną iš savo rūšių, žmonės naudoja kuro energiją, kritimo vandenį, atomą. Tuo pačiu metu viena iš jos formų virsta kita.

1918 m mokslininkai sugebėjo įrodyti, kad energijos išsaugojimo įstatymas yra matematinė laiko transliacinės simetrijos pasekmė - konjuguota energijos vertė. Kitaip tariant, energija yra išsaugota, nes fizikos įstatymai skirtingais laikais nesiskiria.

Energijos savybės

Energetika yra kūno sugebėjimas daryti darbą. Uždarose fizinių sistemų ji yra palaikomos visoje metu (tol, kol sistema yra uždarytas) ir yra vienas iš trijų priedų Integralų judesio išlaikoma vertė važiuojant. Tai apima: energiją, impulsą, impulsą. Iš "energijos" sąvoka įvedimas yra naudingas, kai fizinė sistema yra vienalytis laiku.

Kūno vidinė energija

Tai yra molekulinės energijos kiekismolekulių, sudarančių ją, sąveika ir šiluminiai judesiai. Neįmanoma tiesiogiai išmatuoti, nes tai yra vienkartinė sistemos būsenos funkcija. Visada, kai sistema yra tam tikroje būsenoje, jos vidinė energija turi savo vertę, nepriklausomai nuo sistemos egzistavimo istorijos. Vidaus energijos pasikeitimas pereinant nuo vienos fizinės būklės į kitą visada yra lygus jo galutinių ir pradinių būsenų reikšmių skirtumui.

Vidinė dujų energija

Be kietųjų dalelių, energija taip pat turi dujas. Tai simbolizuoja sistemos dalelių (įskaitant aatomus, molekules, elektronus ir branduolius) šiluminio (chaotiško) judesio kinetinę energiją. Idealaus dujų (matematinio dujų modelio) vidinė energija yra dalelių kinetikos energijos suma. Tai atsižvelgia į laisvės laipsnių skaičių, ty nepriklausomų kintamųjų skaičių, kurie nustato molekulės padėtį erdvėje.

Energijos naudojimas

Kiekvienais metais žmonija sunaudoja viskądaugiau energijos išteklių. Dažniausiai iškastinis kuras, pvz., Anglis, nafta ir dujos, naudojamas energijos generavimui, reikalingam apšviesti ir šildyti namus, darbo transporto priemones ir įvairius mechanizmus. Jie nurodo neatsinaujinančius išteklius.

Deja, tik nedidelė dalis energijosyra išgauta mūsų planetoje atsinaujinančių išteklių, tokių kaip vanduo, vėjas ir saulė, pagalba. Iki šiol jų dalis energetikos sektoriuje sudaro tik 5 proc. Dar 3 proc. Žmonių gauna branduolinės energijos, pagamintos atominėse elektrinėse.

Neatsinaujinantys ištekliai yra tokie rezervai (džauliais):

• branduolinė energija - 2 x 10²⁴;
• Dujų ir aliejaus energija - 2 x 10 ²³;
• vidinė planetos šiluma - 5 x 10²⁰.

Žemės atsinaujinančių išteklių metinė vertė:

• saulės energija - 2 x 10²⁴;
• vėjas - 6 x 10²¹;
• upės - 6,5 x 10¹⁹;
• jūros potvyniai - 2,5 x 10²³.

Tik su laiku pereiti nuoŽemės neatsinaujinančių energijos šaltinių naudojimas atsinaujinančiai žmonijai turi galimybę ilgai ir laimingai egzistuoti mūsų planetoje. Siekiant įgyvendinti pažangius pokyčius, mokslininkai visame pasaulyje ir toliau kruopščiai tiria įvairius energijos savybes.

</ p>>