Energija je ... Potencijalna i kinetička energija. Šta je energija u fizici?

Energija je ono što čini život mogućim ne samo na našoj planeti, već iu univerzumu. Međutim, to može biti veoma različito. Dakle, toplota, zvuk, svetlost, struja, mikrotalasi, kalorija predstavljaju različite vrste energije. Za sve procese koji se odvijaju oko nas, ova supstanca je potrebna. Većina energije na svijetu dobija sve od Sunca, ali postoje i drugi izvori. Sunce prolazi na našu planetu koliko bi proizvela 100 miliona najmoćnijih elektrana u isto vrijeme.

Šta je energija?

U teoriji koju je izneo Albert Ajnštajn, proučava se međusobna povezanost materije i energije. Ovaj sjajni naučnik je mogao dokazati sposobnost jedne supstance da se pretvori u drugu. Utvrđeno je da je energija najvažniji faktor postojanja tela, a materija je sekundarna.

Energija je, u velikoj mjeri, sposobnost obavljanja neke vrste posla. Ona je ona koja se zalaže za koncept sile, sposoban za pokretanje tela ili davanje novih osobina. Šta znači pojam "energija"? Fizika je temeljna nauka, koju su mnogi naučnici različitih epoha i zemalja posvetili svojim životima. Aristotel je koristio riječ "energija" da se odnosi na ljudsku aktivnost. U prevodu sa grčkog jezika, "energija" je "aktivnost", "snaga", "djelovanje", "moć". Prvi put se ova riječ pojavila u raspravi naučnika-grčkog pod nazivom "Fizika".

U opšteprihvaćenom smislu ovaj izraz je uveden u upotrebu od strane engleskog fizičara Tomasa Junga. Ovaj značajan događaj dogodio se u daljoj 1807. Pedesetih godina XIX veka. Engleski mehaničar William Thomson je prvo koristio koncept "kinetičke energije", a 1853. škotski fizičar William Renkin je uveo izraz "potencijalna energija".

Danas je ta skalarna količina prisutna u svim delovima fizike. To je jedinstvena mera različitih oblika kretanja i interakcije materije. Drugim rečima, to je mera pretvaranja jednog oblika u drugu.

Jedinice i simboli

Količina energije se meri u joulesima (J). Ova specijalna jedinica, u zavisnosti od vrste energije, može imati različite oznake, na primjer:

• W je ukupna energija sistema.
• Q je termički.
• U je potencijal.

Vrste energije

U prirodi postoji mnogo različitih vrsta energije. Glavne su:

• Mehanički;
• Elektromagnetski;
• Electric;
• Hemijski;
• Thermal;
• Nuklearna (atomska).

Postoje i druge vrste energije: svetlo, zvuk, magnet. U posljednjih nekoliko godina, sve veći broj fizičara su skloni hipotezi o postojanju tzv. "Tamne" energije. Svaka od prethodno navedenih vrsta ove supstance ima svoje karakteristike. Na primer, energija zvuka može se preneti talasima. Oni doprinose vibriranju bubanj u uhu ljudi i životinja, zahvaljujući kojima možete čuti zvuke. U toku različitih hemijskih reakcija, energija neophodna za vitalnu aktivnost svih organizama se oslobađa. Bilo koje gorivo, hrana, baterije, baterije su skladište ove energije.

Naša svjetiljka daje energiju Zemlje u vidu elektromagnetnih talasa. Samo na taj način može prevazići proširenja Kosmosa. Zahvaljujući savremenim tehnologijama, kao što su solarni paneli, možemo ga koristiti sa najvećim efektom. Prekoračenje neiskorištene energije se akumulira u specijalnim skladištima energije. Zajedno sa gorenavedenim vrstama energije, često se koriste biološki izvori termalnih izvora, rijeka, plime i obale okeana.

Mehanička energija

Ova vrsta energije se proučava u delu fizike, pod nazivom "Mehanika". Određuje se slovom E. Njegova merenja se vrše u džoulovima (J). Koja je ta energija? Fizika mehanike proučava kretanje tela i njihovu interakciju jedni sa drugima ili sa spoljašnjim poljima. U tom slučaju, energija zahvaljujući pokretu tela naziva se kinetička energija (označena Ek), a energija zahvaljujući interakciji tela ili spoljašnjih polja naziva se potencijalna energija (En). Suma kretanja i interakcije je ukupna mehanička energija sistema.

Postoji opšte pravilo za izračunavanje oba tipa. Da bi se utvrdila količina energije, izračunajte rad neophodan za prenos tela iz stanja nule u ovo stanje. Istovremeno, što više rada, to će više energije imati telo u ovoj državi.

Razdvajanje vrsta po različitim karakterima

Postoji nekoliko vrsta deljenja energije. Prema različitim znacima, podijeljen je na: vanjski (kinetički i potencijalni) i unutrašnji (mehanički, termički, elektromagnetski, nuklearni, gravitacijski). Elektromagnetna energija je, pak, podeljena na magnetnu i električnu, a nuklearna energija je podeljena na slabe i jake interakcije.

Kinetički

Svako pokretno telo se odlikuje prisustvom kinetičke energije. Često se zove vožnja. Energija tela koja se kreće izgubi se kada usporava. Dakle, što je brža brzina, veća je kinetička energija.

Kada je tijelo u pokretu u kontaktu sa stacionarnim objektom, drugo se prenosi na kinetički deo, što dovodi do kretanja. Formula kinetičke energije je sledeća:

• E _to = Mv ^2: 2,
  Gde je m masa tela, v je brzina kretanja tela.

Riječima, ova formula se može izraziti na sljedeći način: kinetička energija objekta je jednaka pola proizvoda njegove mase po kvadratu njegove brzine.

Potencijal

Ova vrsta energije ima tela koja su u nekoj oblasti sile. Dakle, magnet se javlja kada je predmet pod uticajem magnetnog polja. Sva tela na zemlji imaju potencijalnu gravitacionu energiju.

U zavisnosti od osobina predmeta studija, oni mogu imati različite vrste potencijalne energije. Dakle, elastična i elastična tela koja su sposobna za istezanje imaju potencijalnu energiju elastičnosti ili napetosti. Svako pada telo koje je ranije bilo nepokretno, gubi potencijal i stiče kinetiku. U ovom slučaju veličina ove dve vrste će biti ekvivalentna. U gravitacionom polju naše planete, potencijalna energetska formula će imati sledeći oblik:

• E _n = mhg,
  Gde je m masa tela; H je visina centra mase tela iznad nultog nivoa; G - ubrzanje gravitacije.

Riječima, ova formula se može izraziti na sljedeći način: potencijalna energija objekta u interakciji sa Zemljom je jednaka proizvodu njegove mase, ubrzanju gravitacije i nadmorskoj visini na kojoj se nalazi.

Ova skalarna količina je karakteristika energetskog rezerva materijalne tačke (tela) koja se nalazi u potencijalnom polju sile i stiče kinetičku energiju zahvaljujući radu sila na terenu. Ponekad se zove koordinatna funkcija, što je termin u Lagrangian sistemu (Lagrangeova funkcija dinamičkog sistema). Ovaj sistem opisuje njihovu interakciju.

Potencijalna energija se izjednačava na nulu za određenu konfiguraciju tijela koja se nalazi u prostoru. Izbor konfiguracije je određen pogodnošću daljnjih proračuna i naziva se "normalizacija potencijalne energije".

Zakon o očuvanju energije

Jedan od najosnovnijih postulata fizike je Zakon o očuvanju energije. U skladu s tim, energija ne nastupa od bilo kog mesta i ne nestaje nikuda. Konstantno prelazi iz jednog oblika u drugi. Drugim rečima, dođe do promene u energiji. Tako se, na primjer, hemijska energija baterijske svjetiljke pretvara u električnu, a od nje - u svjetlost i toplotu. Razni kućni aparati pretvaraju električnu energiju u svetlost, toplotu ili zvuk. Najčešće, krajnji rezultat promene je toplota i svetlost. Nakon toga, energija ide u okolni prostor.

Zakon energije može objasniti mnoge fizičke pojave. Naučnici tvrde da je ukupna zapremina u svemiru stalno nepromenjena. Niko ne može ponovo da stvori energiju ili uništi. Razvijajući jedan od svojih tipova, ljudi koriste energiju goriva, padajuću vodu, atom. Istovremeno, jedan od njenih oblika pretvara u drugu.

1918. godine naučnici su mogli dokazati da je zakon o očuvanju energije matematička posledica translacionih simetrije vremena - vrijednosti konjugirane energije. Drugim riječima, energija je očuvana jer se zakoni fizike ne razlikuju u različito vrijeme.

Energetske karakteristike

Energija je sposobnost tela da radi. U zatvorenim fizičkim sistemima, održava se tokom čitavog vremena (sve dok je sistem zatvoren) i predstavlja jedan od tri aditivna integrala kretanja koja čuvaju veličinu tokom kretanja. To uključuje: energiju, dinamičnost, dinamičnost. Uvođenje koncepta "energije" preporučuje se kad je fizički sistem homogen u vremenu.

Unutrašnja energija tela

To je suma energije molekularnih interakcija i termičkih pokreta molekula koji ga čine. Ne može se meriti direktno, jer je jednoznačna funkcija stanja sistema. Uvek, kada je sistem u datom stanju, njegova unutrašnja energija ima svoju unutrašnju vrednost, bez obzira na istoriju postojanja sistema. Promjena unutrašnje energije tokom prelaska iz jedne fizičke države u drugu uvijek je jednaka razlici između njegovih vrijednosti u završnom i početnom stanju.

Unutrašnja energija gasa

Pored čvrstih materija, energija ima i gasove. To je kinetička energija termičkog (haotičnog) kretanja čestica sistema, koji uključuje atome, molekule, elektrone i jezgre. Unutrašnja energija idealnog gasa (matematički model gasa) je zbir kinetičkih energija njegovih čestica. Ovo uzima u obzir broj stepena slobode, što je broj nezavisnih varijabli koji određuju položaj molekula u svemiru.

Korišćenje energije

Svake godine čovečanstvo troši sve više i više energije. Najčešće se fosilna goriva poput uglja, nafte i gasa koriste za proizvodnju energije potrebne za osvjetljavanje i zagrevanje naših kuća, radnih vozila i različitih mehanizama. Oni se odnose na neobnovljive resurse.

Nažalost, samo mali deo energije je izvučen na našoj planeti uz pomoć obnovljivih izvora, kao što su voda, vetar i Sunce. Do danas njihova udeo u energetskom sektoru iznosi svega 5%. Još 3% ljudi dobija u vidu nuklearne energije proizvedene u nuklearnim elektranama.

Neobnovljivi resursi imaju sljedeće rezerve (u džoulama):

• Nuklearna energija - 2 x 10 ²⁴ ;
• Energija gasa i ulja - 2 x 10 ²³ ;
• Interno toplota planete - 5 x 10 ²⁰ .

Godišnja vrijednost obnovljivih izvora Zemlje:

• Energija Sunca je 2 x 10 ²⁴ ;
• Vjetar - 6 x 10 ²¹ ;
• Reke - 6.5 x 10 ¹⁹ ;
• Morske plime - 2,5 x 10 ²³ .

Samo uz blagovremenu tranziciju od korišćenja neobnovljivih energetskih resursa Zemlje na obnovljivu, čovečanstvo ima šansu za dugo i srećno postojanje na našoj planeti. Da bi prevedli napredni razvoj, naučnici širom svijeta nastavljaju pažljivo proučavati različita svojstva energije.