Energia este ... Energia potențială și cinetică. Ce este energia în fizică?

Energia este ceea ce face viața posibilă nu numai pe planeta noastră, ci și în univers. Cu toate acestea, poate fi foarte diferit. Deci, căldura, sunetul, lumina, electricitatea, microundele, calorii reprezintă diferite tipuri de energie. Pentru toate procesele care au loc în jurul nostru, această substanță este necesară. Majoritatea energiei de pe Pământ sunt primite de la Soare, dar există și alte surse. Soarele îl transmite planeta noastră la fel de mult ca și cum ar produce 100 de milioane dintre cele mai puternice centrale electrice.

Ce este energia?

În teoria propusă de Albert Einstein, se studiază interrelația dintre materie și energie. Acest mare om de știință a fost capabil să demonstreze abilitatea unei substanțe să se transforme într-o altă substanță. Sa constatat că energia este cel mai important factor al existenței corpurilor, iar materia este secundară.

Energia - este, în ansamblu, capacitatea de a efectua un fel de muncă. Este ea care reprezintă conceptul de forță, capabil să miște corpul sau să îi dea proprietăți noi. Ce înseamnă "energie"? Fizica este știința fundamentală pe care mulți oameni de știință din diferite epoci și țări le-au dedicat vieții. Aristotel a folosit cuvântul "energie" pentru a se referi la activitatea umană. În traducerea din limba greacă, "energia" este "activitate", "putere", "acțiune", "putere". Prima dată când acest cuvânt a apărut în tratatul omului de știință-greacă sub numele de "Fizică".

În sensul general acceptat, acest termen a fost introdus în uz de un fizician englez De Thomas Jung. Acest eveniment semnificativ a avut loc în 1807 îndepărtat. În anii cincizeci ai secolului al XIX-lea. Mecanicul englez William Thomson a folosit mai întâi conceptul de "energie cinetică", iar în 1853 fizicianul scoțian William Rankin a introdus termenul "energie potențială".

Astăzi, această cantitate scalară este prezentă în toate secțiunile fizicii. Este o singură măsură a diferitelor forme de mișcare și interacțiune a materiei. Cu alte cuvinte, este o măsură a transformării unei forme în alta.

Unități și simboluri

Cantitatea de energie este măsurată în jouli (J). Această unitate specială, în funcție de tipul de energie, poate avea denumiri diferite, de exemplu:

• W este energia totală a sistemului.
• Q este termică.
• U este un potențial.

Tipuri de energie

În natură, există multe tipuri diferite de energie. Cele mai importante sunt:

• mecanice;
• electromagnetice;
• electrice;
• chimice;
• termică;
• nucleară (atomică).

Există și alte tipuri de energie: lumină, sunet, magnetică. În ultimii ani, un număr tot mai mare de fizicieni sunt înclinați la ipoteza existenței așa-numitei energii "întunecate". Fiecare dintre speciile enumerate anterior ale acestei substanțe are caracteristici proprii. De exemplu, energia sunetului poate fi transmisă prin unde. Ele contribuie la apariția vibrațiilor de timpanele în urechea oamenilor și a animalelor, datorită cărora puteți auzi sunete. În timpul diferitelor reacții chimice, energia necesară pentru activitatea vitală a tuturor organismelor este eliberată. Orice combustibil, alimente, baterii, baterii sunt depozitul acestei energii.

Lumina noastră dă energia Pământului sub formă de unde electromagnetice. Numai în acest fel poate depăși expansiunea Cosmosului. Datorită tehnologiilor moderne, cum ar fi panourile solare, îl putem folosi cu cel mai mare efect. Excesul de energie neutilizată este acumulat în instalații speciale de stocare a energiei. Împreună cu tipurile de energie de mai sus, izvoare termale, râuri, ebb și flux ocean, biocarburanți.

Energie mecanică

Acest tip de energie este studiat în secțiunea fizică, numită "Mecanică". Acesta este desemnat prin litera E. Măsurarea sa se efectuează în jouli (J). Ce este această energie? Fizica mecanicii studiază mișcarea corpurilor și interacțiunea dintre ele sau cu câmpuri externe. În acest caz, energia datorată mișcării corpurilor se numește energia cinetică (indicată de Ek) și energia datorată interacțiunea corpurilor sau câmpuri externe, numite potențial (En). Suma mișcării și a interacțiunii este energia mecanică totală a sistemului.

Există o regulă generală pentru calcularea ambelor tipuri. Pentru a determina cantitatea de energie, calculați munca necesară pentru a transfera corpul din starea zero în această stare. În acest caz, cu cât mai multă muncă, cu atât mai multă energie va avea corpul în această stare.

Separarea speciilor prin diferite caractere

Există mai multe tipuri de partajare a energiei. Conform diverselor semne, este împărțită în: extern (cinetic și potențial) și intern (mecanic, termic, electromagnetic, nuclear, gravitațional). Energia electromagnetică, la rândul ei, este împărțită în energie magnetică și electrică, iar energia nucleară este împărțită în energie de interacțiune slabă și puternică.

cinetică

Orice corpuri în mișcare se disting prin prezența energiei cinetice. Acesta este adesea numit de conducere. Energia corpului care se mișcă se pierde atunci când încetinește. Astfel, cu cât viteza este mai rapidă, cu atât este mai mare energia cinetică.

Atunci când corpul în mișcare vine în contact cu un obiect staționar, acesta din urmă este transferat pe partea cinetică, ceea ce duce la mișcare. Formula de energie cinetică următoarele:

• E_la= mv^2: 2
  unde m este masa corpului, v este viteza de mișcare a corpului.

În cuvinte, această formulă poate fi exprimată după cum urmează: energia cinetică a obiectului este egală cu jumătate din produsul din masa sa pe pătrat al vitezei sale.

potențial

Acest tip de energie are corpuri care se află într-un câmp de forță. Deci, magnetica apare cand obiectul este sub influenta unui camp magnetic. Toate corpurile de pe pământ au potențială energie gravitațională.

În funcție de proprietățile obiectelor de studiu, ele pot avea diferite tipuri de potențială energie. Astfel, corpurile elastice și elastice care sunt capabile să se întindă au o potențială energie de elasticitate sau tensiune. Orice cadavru care a fost anterior nemișcat, își pierde potențialul și dobândește cinetică. În acest caz, amploarea acestor două specii va fi echivalentă. În câmpul gravitațional al planetei noastre, formula energetică potențială va avea următoarea formă:

• E_n = MHG,
  unde m este masa corpului, h este înălțimea centrului de masă al corpului deasupra nivelului zero, g este accelerația datorată gravitației.

În cuvinte, această formulă poate fi exprimată după cum urmează: energia potențială a unui obiect care interacționează cu Pământul este egală cu produsul masei sale, accelerarea căderii libere și altitudinea pe care este localizată.

Această cantitate scalară este o caracteristică a rezervei de energie a unui punct material (corp) situat într-un câmp potențial de forță și care va achiziționa energie cinetică datorită muncii forțelor de câmp. Uneori se numește funcția de coordonate, care este un termen în sistemul Lagrangian al sistemului (funcția Lagrange a sistemului dinamic). Acest sistem descrie interacțiunea acestora.

Energia potențială este egală cu zero pentru o anumită configurație a corpurilor situate în spațiu. Alegerea configurației este determinată de confortul calculelor ulterioare și se numește "normalizarea energiei potențiale".

Legea conservării energiei

Unul dintre principalele postulate ale fizicii este Legea conservării energiei. În concordanță cu aceasta, energia nu apare de nicăieri și nu dispare nicăieri. Ea merge în mod constant de la o formă la alta. Cu alte cuvinte, doar schimbările de energie. De exemplu, energia chimică a bateriei lanternei este transformată în electrică și din ea în lumină și căldură. Diferitele aparate de uz casnic transformă electric în lumină, căldură sau sunet. Cel mai adesea, rezultatul final al schimbării este căldura și lumina. După aceasta, energia intră în spațiul din jur.

Legea energiei poate explica multe fizice. Oamenii de știință susțin că volumul total al lui în univers este constant neschimbat. Nimeni nu poate crea din nou energie sau distruge. Dezvoltând una dintre speciile sale, oamenii folosesc energia combustibilului, apa care se încadrează, atomul. În același timp, una dintre formele sale se transformă într-o altă formă.

În 1918, oamenii de știință au putut dovedi că legea conservării energiei este o consecință matematică a simetriei translaționale a timpului - valoarea energiei conjugate. Cu alte cuvinte, energia este păstrată deoarece legile fizicii nu diferă în momente diferite.

Caracteristici energetice

Energia este capacitatea corpului de a face muncă. În sistemele fizice închise, este menținut pe tot parcursul timpului (atâta timp cât sistemul este închis) și reprezintă unul dintre cele trei integrale aditive ale mișcării care păstrează magnitudinea în timpul mișcării. Acestea includ: energie, impuls, impuls. Introducerea conceptului de "energie" este recomandabilă atunci când sistemul fizic este omogen în timp.

Energia internă a corpurilor

Este suma energiilor interacțiunilor moleculare și a mișcărilor termice ale moleculelor care o compun. Nu poate fi măsurată direct, deoarece este o funcție unică a stării sistemului. Întotdeauna, când sistemul se află într-o stare dată, energia internă are valoarea sa intrinsecă, indiferent de istoricul existenței sistemului. Schimbarea energiei interne în timpul tranziției de la o stare fizică la alta este întotdeauna egală cu diferența dintre valorile sale în starea finală și cea inițială.

Energia internă a gazului

În plus față de substanțele solide, energia are și gaze. Ea reprezintă energia cinetică a mișcării termice (haotice) a particulelor sistemului, care include atomi, molecule, electroni și nuclee. Energia internă a unui gaz ideal (modelul matematic al unui gaz) este suma energiilor cinetice ale particulelor sale. Acest lucru ia în considerare numărul de grade de libertate, care este numărul de variabile independente care determină poziția moleculei în spațiu.

Utilizarea energiei

În fiecare an, omenirea consumă din ce în ce mai multă energie. Cel mai adesea, combustibilii fosili, cum ar fi cărbunele, petrolul și gazele, sunt utilizați pentru a genera energia necesară pentru iluminarea și încălzirea locuințelor, a vehiculelor de lucru și a diferitelor mecanisme. Acestea se referă la resursele neregenerabile.

Din păcate, doar o mică parte a energiei este extrasă pe planeta noastră cu ajutorul resurselor regenerabile, cum ar fi apa, vântul și Soarele. Până în prezent, ponderea lor în sectorul energetic este de numai 5%. Un alt procent de 3% se află sub forma energiei nucleare produse în centralele nucleare.

Resurse neregenerabile au următoarele rezerve (în jouli):

• energie nucleară - 2 x 10²⁴;
• energia gazului și a petrolului - 2 x 10 ²³;
• la interior căldura planetei - 5 x 10²⁰.

Valoarea anuală a resurselor regenerabile ale Pământului:

• energia solară - 2 x 10²⁴;
• vânt - 6 x 10²¹;
• râuri - 6,5 x 10¹⁹;
• mareele - 2,5 x 10²³.

Numai printr-o tranziție în timp util de la utilizarea resurselor de energie neregenerabile ale Pământului la surse regenerabile, omenirea are șansa unei existențe lungi și fericite pe planeta noastră. Pentru a implementa evoluții avansate, oamenii de știință din întreaga lume continuă să studieze cu atenție diversele proprietăți ale energiei.