Az energia az, ami lehetővé teszi az életet nemcsak bolygónkon, hanem az Univerzumban is. Ez azonban nagyon eltérő lehet. Tehát a hő, a hang, a fény, az elektromosság, a mikrohullámú sütő, a kalória különböző típusú energia. A körülöttünk zajló összes folyamathoz ez az anyag szükséges. A Földön létező energia nagy része a Napból származik, de vannak más forrásai is. A Nap annyit visz át bolygónkra, mint amennyit a legerősebb erőművekből 100 millió egyszerre termelne.
Mi az energia?
Az Albert Einstein által előterjesztett elmélet az anyag és az energia kapcsolatát vizsgálja. Ez a nagyszerű tudós be tudta bizonyítani, hogy az egyik anyag képes a másikká átalakulni. Ugyanakkor kiderült, hogy a testek létezésében az energia a legfontosabb tényező, az anyag pedig másodlagos.
Az energia nagyjából egy bizonyos munka elvégzésének képessége. Ő az, aki mellette álla test mozgatására vagy új tulajdonságokat biztosító erő fogalma. Mit jelent az "energia" kifejezés? A fizika olyan alapvető tudomány, amelynek számos különböző korszakból és országból származó tudós szentelte életét. Még Arisztotelész is használta az „energia” szót az emberi tevékenységre. A görög nyelvről lefordítva az „energia” „tevékenység”, „erő”, „cselekvés”, „erő”. Ez a szó először egy görög tudós "fizika" című értekezésében jelent meg.
A ma már általánosan elfogadott értelemben ezt a kifejezést Thomas Young angol fizikus alkotta meg. Ez a jelentős esemény még 1807-ben történt. A XIX. század 50-es éveiben. William Thomson angol szerelő használta először a „kinetikus energia” fogalmát, és 1853-ban William Rankin skót fizikus vezette be a „potenciális energia” kifejezést.
Ma ez a skaláris mennyiség a fizika minden ágában jelen van. Ez az anyag különféle mozgásformáinak és kölcsönhatásainak egyetlen mértéke. Más szavakkal, az egyik forma másik formává való átalakulásának mértéke.
Méretek és jelölések
Az energia mennyiségét joule-ban (J) mérjük. Ennek a speciális egységnek az energia típusától függően különböző jelölései lehetnek, például:
- W a rendszer teljes energiája.
- Q - termikus.
- U – potenciál.
Energiatípusok
A természetben sokféle energia létezik. A főbbek:
- mechanikus;
- elektromágneses;
- elektromos;
- vegyi;
- termikus;
- nukleáris (atomi).
Léteznek más típusú energiák is: fény, hang, mágnes. Az utóbbi években egyre több fizikus hajlik az úgynevezett „sötét” energia létezésének hipotézisére. Ennek az anyagnak a korábban felsorolt típusai mindegyikének megvannak a maga jellemzői. Például a hangenergia hullámok segítségével továbbítható. Hozzájárulnak az emberek és állatok fülében lévő dobhártya rezgéséhez, aminek köszönhetően a hangok hallhatók. A különféle kémiai reakciók során minden élőlény életéhez szükséges energia felszabadul. Bármilyen üzemanyag, élelmiszer, akkumulátorok, elemek ennek az energiának a tárolására szolgálnak.
Csillagunk elektromágneses hullámok formájában ad energiát a Földnek. Csak így tudja felülkerekedni a Kozmosz kiterjedésein. A modern technológiának köszönhetően, mint például a napelemek, tudjuk a legnagyobb hatást kifejteni. A fel nem használt energiát speciális energiatárolókban halmozzák fel. A fenti energiatípusok, termálforrások, folyók, óceáni apályok és áramlások mellett gyakran bioüzemanyagokat is használnak.
Mechanikai energia
Ezt az energiát a fizika „Mechanika” ága tanulmányozza. Ezt E betű jelöli. Joule-ban (J) mérik. Mi ez az energia? A mechanika fizikája a testek mozgását és azok egymás közötti vagy külső terekkel való kölcsönhatását vizsgálja. Ilyenkor a testek mozgásából adódó energiát únkinetikus (Ek-vel jelölve), a testek vagy külső mezők kölcsönhatásából eredő energiát pedig potenciálnak (Ep) nevezzük. A mozgás és a kölcsönhatás összege a rendszer teljes mechanikai energiája.
Mindkét típus kiszámítására van egy általános szabály. Az energia mennyiségének meghatározásához ki kell számítani azt a munkát, amely szükséges ahhoz, hogy a test nulla állapotból ebbe az állapotba kerüljön. Sőt, minél több munka, annál több energiája lesz a testnek ebben az állapotban.
Fajok elkülönítése különböző kritériumok szerint
Többféle energiamegosztás létezik. Különféle kritériumok szerint felosztják: külső (kinetikai és potenciális) és belső (mechanikai, termikus, elektromágneses, nukleáris, gravitációs). Az elektromágneses energiát pedig mágnesesre és elektromosra, a nukleáris energiát pedig gyenge és erős kölcsönhatások energiájára osztják.
Kinetic
Minden mozgó testet megkülönböztet a mozgási energia jelenléte. Gyakran hívják így - vezetés. A mozgásban lévő test energiája elvész, ha lelassul. Így minél nagyobb a sebesség, annál nagyobb a kinetikus energia.
Amikor egy mozgó test érintkezésbe kerül egy álló tárggyal, a kinetikus test egy része átkerül az utóbbira, és mozgásba hozza azt. A kinetikus energia képlete a következő:
Szavakkal ez a képlet a következőképpen fejezhető ki: egy tárgy kinetikus energiájatömegének fele szorzata sebességének négyzetével.
Lehetőség
Ez a fajta energia olyan testek birtokában van, amelyek valamilyen erőtérben vannak. Tehát a mágnesesség akkor fordul elő, amikor egy tárgy mágneses mező hatása alatt áll. A Földön minden test rendelkezik potenciális gravitációs energiával.
A vizsgált objektumok tulajdonságaitól függően különböző típusú potenciális energiákkal rendelkezhetnek. Tehát a rugalmas és rugalmas testek, amelyek képesek nyújtani, rendelkeznek a rugalmasság vagy a feszültség potenciális energiájával. Bármely leeső test, amely korábban mozdulatlan volt, elveszíti potenciálját és kinetikussá válik. Ebben az esetben ennek a két típusnak az értéke egyenértékű lesz. Bolygónk gravitációs mezőjében a potenciális energia képlete így fog kinézni:
- Ep = mhg, ahol m a testtömeg; h a test tömegközéppontjának magassága a nulla szint felett; g a szabadesés gyorsulása.
Szavakkal ez a képlet a következőképpen fejezhető ki: a Földdel kölcsönhatásba lépő objektum potenciális energiája egyenlő tömegének, gravitációs gyorsulásának és elhelyezkedésének magasságának szorzatával.
Ez a skaláris érték egy potenciális erőtérben elhelyezkedő anyagi pont (test) energiatartalékának jellemzője, amely a térerők munkája következtében kinetikus energia megszerzésére szolgál. Néha koordinátafüggvénynek nevezik, ami a rendszer Langrangiánjának (a dinamikus rendszer Lagrange-függvényének) egy kifejezése. Ez a rendszer írja le az interakciójukat.
A potenciális energia nullával egyenlőa térben elhelyezkedő testek bizonyos konfigurációja. A konfiguráció kiválasztását a további számítások kényelme határozza meg, és ezt "potenciális energia normalizálásának" nevezik.
Az energiamegmaradás törvénye
A fizika egyik legalapvetőbb posztulátuma az energiamegmaradás törvénye. Szerinte az energia nem jelenik meg sehonnan és nem tűnik el sehol. Folyamatosan változik egyik formáról a másikra. Más szóval, csak az energia változása történik. Így például a zseblámpa akkumulátorának kémiai energiája elektromos energiává alakul, ebből pedig fénnyé és hővé. Különféle háztartási készülékek az elektromos energiát fénnyel, hővel vagy hanggá alakítják. Leggyakrabban a változás végeredménye a hő és a fény. Ezt követően az energia a környező térbe kerül.
Az energia törvénye sok fizikai jelenséget megmagyarázhat. A tudósok azzal érvelnek, hogy a teljes térfogata az univerzumban állandóan változatlan marad. Senki sem tud energiát újra létrehozni vagy elpusztítani. Ennek egyik típusának fejlesztése során az emberek az üzemanyag, a lehulló víz, egy atom energiáját használják fel. Ugyanakkor az egyik formája a másikba változik.
1918-ban a tudósok be tudták bizonyítani, hogy az energiamegmaradás törvénye az idő transzlációs szimmetriájának – a konjugált energia értékének – matematikai következménye. Más szóval, az energia megmarad annak a ténynek köszönhetően, hogy a fizika törvényei nem térnek el különböző időpontokban.
Energiafunkciók
Az energia a test azon képessége, hogy munkát végezzen. Zárt állapotbanfizikai rendszerek, a teljes idő alatt megőrződik (amíg a rendszer zárva van), és egyike annak a három additív mozgásintegrálnak, amelyek megőrzik az értéket a mozgás során. Ide tartoznak: energia, szögimpulzus, lendület. Az "energia" fogalmának bevezetése akkor célszerű, ha a fizikai rendszer időben homogén.
Testek belső energiája
A molekuláris kölcsönhatások energiáinak és az azt alkotó molekulák hőmozgásának összege. Közvetlenül nem mérhető, mert a rendszer állapotának egyértelmű függvénye. Valahányszor egy rendszer egy adott állapotba kerül, belső energiájának megvan a benne rejlő értéke, függetlenül a rendszer létezésének történetétől. A belső energia változása az egyik fizikai állapotból a másikba való átmenet során mindig egyenlő a végső és a kezdeti állapot értékei közötti különbséggel.
Gáz belső energiája
A szilárd anyagokon kívül a gázoknak is van energiájuk. A rendszer részecskéinek termikus (kaotikus) mozgásának kinetikai energiáját jelenti, amelyek atomokat, molekulákat, elektronokat, atommagokat foglalnak magukban. Egy ideális gáz belső energiája (a gáz matematikai modellje) részecskéi kinetikai energiáinak összege. Ez figyelembe veszi a szabadsági fokok számát, ami a molekula térbeli helyzetét meghatározó független változók száma.
Energiafelhasználás
Az emberiség évről évre egyre több energiaforrást fogyaszt. Leggyakrabban energiára,otthonunk megvilágításához és fűtéséhez, járművek és különféle mechanizmusok működéséhez szükséges fosszilis szénhidrogéneket, mint a szén, olaj és gáz. Ezek nem megújuló erőforrások.
Sajnos bolygónk energiájának csak egy töredéke származik megújuló erőforrásokból, mint például a víz, a szél és a nap. Részesedésük az energiaszektorban jelenleg mindössze 5%. Az emberek további 3%-a atomerőművekben előállított nukleáris energiát kap.
A nem megújuló erőforrások a következő tartalékokkal rendelkeznek (joule-ban):
- nukleáris energia - 2 x 1024;
- gáz- és olajenergia – 2 x 10 23;
- a bolygó belső hője - 5 x 1020.
A Föld megújuló erőforrásainak éves értéke:
- napenergia - 2 x 1024;
- szél - 6 x 1021;
- folyók - 6, 5 x 1019;
- tenger árapály - 2,5 x 1023.
Csak a Föld nem megújuló energiakészleteinek felhasználásáról a megújuló energiaforrásokra történő időben történő átállással van esélye az emberiségnek a hosszú és boldog létezésre bolygónkon. Az élvonalbeli fejlesztések megvalósítása érdekében a tudósok világszerte továbbra is gondosan tanulmányozzák az energia különféle tulajdonságait.
