Energija je tisto, kar omogoča življenje ne samo na našem planetu, ampak tudi v vesolju. Vendar pa je lahko zelo različno. Torej, toplota, zvok, svetloba, elektrika, mikrovalovne pečice, kalorije so različne vrste energije. Za vse procese, ki potekajo okoli nas, je ta snov nujna. Večino energije, ki obstaja na Zemlji, prejme od Sonca, vendar obstajajo tudi drugi njeni viri. Sonce ga prenese na naš planet kar 100 milijonov najmočnejših elektrarn hkrati.
Kaj je energija?
Teorija, ki jo je predlagal Albert Einstein, preučuje odnos med snovjo in energijo. Ta veliki znanstvenik je lahko dokazal sposobnost ene snovi, da se spremeni v drugo. Hkrati se je izkazalo, da je energija najpomembnejši dejavnik obstoja teles, materija pa sekundarna.
Energija je v glavnem sposobnost opravljanja dela. Ona je tista, ki stoji zakoncept sile, ki lahko premika telo ali mu daje nove lastnosti. Kaj pomeni izraz "energija"? Fizika je temeljna znanost, ki ji je življenje posvetilo veliko znanstvenikov iz različnih obdobij in držav. Celo Aristotel je za človeško dejavnost uporabil besedo "energija". V prevodu iz grščine je "energija" "dejavnost", "moč", "dejanje", "moč". Ta beseda se je prvič pojavila v razpravi grškega znanstvenika z naslovom "Fizika".
V zdaj splošno sprejetem pomenu je ta izraz skoval angleški fizik Thomas Young. Ta pomemben dogodek se je zgodil leta 1807. V 50-ih letih XIX stoletja. angleški mehanik William Thomson je prvi uporabil koncept "kinetične energije", leta 1853 pa je škotski fizik William Rankin uvedel izraz "potencialna energija".
Danes je ta skalarna količina prisotna v vseh vejah fizike. Je enotna mera različnih oblik gibanja in interakcije snovi. Z drugimi besedami, to je merilo preoblikovanja ene oblike v drugo.
Mere in oznake
Količina energije se meri v joulih (J). Ta posebna enota ima lahko glede na vrsto energije različne oznake, na primer:
- W je skupna energija sistema.
- Q - termično.
- U – potencial.
Vrste energije
V naravi obstaja veliko različnih vrst energije. Glavni so:
- mehanski;
- elektromagnetno;
- električni;
- kemična;
- termični;
- jedrsko (atomsko).
Obstajajo tudi druge vrste energije: svetloba, zvok, magnetna. V zadnjih letih se vse več fizikov nagiba k hipotezi o obstoju tako imenovane »temne« energije. Vsaka od prej naštetih vrst te snovi ima svoje značilnosti. Na primer, zvočna energija se lahko prenaša z valovi. Prispevajo k vibriranju bobničev v ušesu ljudi in živali, zaradi česar je mogoče slišati zvoke. Med različnimi kemičnimi reakcijami se sprosti energija, potrebna za življenje vseh organizmov. Vsako gorivo, hrana, akumulatorji, baterije so shranjevanje te energije.
Naša zvezda daje Zemlji energijo v obliki elektromagnetnih valov. Le tako lahko premaga prostranstva Kozmosa. Zahvaljujoč sodobni tehnologiji, kot so sončni paneli, jo lahko izkoristimo kar najbolje. Presežek neporabljene energije se kopiči v posebnih skladiščih energije. Poleg zgoraj navedenih vrst energije, termalnih vrelcev, rek, oceanskih osek in tokov se pogosto uporabljajo biogoriva.
mehanska energija
Ta vrsta energije se preučuje v veji fizike, imenovani "mehanika". Označena je s črko E. Meri se v joulih (J). Kaj je ta energija? Fizika mehanike proučuje gibanje teles in njihovo interakcijo med seboj ali z zunanjimi polji. V tem primeru se imenuje energija zaradi gibanja teleskinetična (označena z Ek), energija zaradi interakcije teles ali zunanjih polj pa se imenuje potencialna (Ep). Vsota gibanja in interakcije je skupna mehanska energija sistema.
Obstaja splošno pravilo za izračun obeh vrst. Za določitev količine energije je potrebno izračunati delo, potrebno za prenos telesa iz ničelnega stanja v to stanje. Poleg tega več dela, več energije bo imelo telo v tem stanju.
Ločitev vrst po različnih kriterijih
Obstaja več vrst delitve energije. Po različnih kriterijih se deli na: zunanje (kinetične in potencialne) in notranje (mehanske, toplotne, elektromagnetne, jedrske, gravitacijske). Elektromagnetna energija se deli na magnetno in električno, jedrska energija pa na energijo šibkih in močnih interakcij.
kinetično
Vsa gibljiva telesa se razlikujejo po prisotnosti kinetične energije. Pogosto se temu reče – vožnja. Energija telesa, ki se giblje, se izgubi, ko se upočasni. Tako večja kot je hitrost, večja je kinetična energija.
Ko pride gibajoče se telo v stik z mirujočim predmetom, se del kinetičnega prenese na slednjega in ga spravi v gibanje. Formula kinetične energije je naslednja:
Z besedami lahko to formulo izrazimo na naslednji način: kinetična energija predmeta jepolovica produkta njegove mase pomnožena s kvadratom njene hitrosti.
Potencial
To vrsto energije imajo telesa, ki so v nekakšnem polju sile. Torej se magnetni pojavi, ko je predmet pod vplivom magnetnega polja. Vsa telesa na zemlji imajo potencialno gravitacijsko energijo.
Odvisno od lastnosti predmetov študija imajo lahko različne vrste potencialne energije. Torej, elastična in elastična telesa, ki se lahko raztezajo, imajo potencialno energijo elastičnosti ali napetosti. Vsako padajoče telo, ki je bilo prej negibno, izgubi potencial in pridobi kinetično. V tem primeru bo vrednost teh dveh vrst enaka. V gravitacijskem polju našega planeta bo formula potencialne energije videti takole:
Z besedami lahko to formulo izrazimo takole: potencialna energija predmeta, ki deluje z Zemljo, je enaka zmnožku njegove mase, gravitacijskega pospeška in višine, na kateri se nahaja.
Ta skalarna vrednost je značilnost rezerve energije materialne točke (telesa), ki se nahaja v potencialnem silnem polju in se uporablja za pridobivanje kinetične energije zaradi dela sil polja. Včasih se imenuje koordinatna funkcija, ki je izraz v Langrangianu sistema (Lagrangeova funkcija dinamičnega sistema). Ta sistem opisuje njihovo interakcijo.
Potencialna energija je enaka nič zadoločena konfiguracija teles, ki se nahajajo v prostoru. Izbira konfiguracije je določena s priročnostjo nadaljnjih izračunov in se imenuje "normalizacija potencialne energije".
Zakon ohranjanja energije
Eden najosnovnejših postulatov fizike je zakon o ohranjanju energije. Po njegovih besedah se energija ne pojavi od nikoder in nikamor ne izgine. Nenehno se spreminja iz ene oblike v drugo. Z drugimi besedami, pride samo do spremembe energije. Tako se na primer kemična energija baterije svetilke pretvori v električno energijo, iz nje pa v svetlobo in toploto. Različni gospodinjski aparati pretvorijo električno energijo v svetlobo, toploto ali zvok. Najpogosteje sta končni rezultat spremembe toplota in svetloba. Po tem gre energija v okoliški prostor.
Zakon energije lahko pojasni številne fizikalne pojave. Znanstveniki trdijo, da njegova skupna prostornina v vesolju nenehno ostaja nespremenjena. Nihče ne more na novo ustvariti energije ali je uničiti. Pri razvoju ene od njegovih vrst ljudje uporabljajo energijo goriva, padajoče vode, atoma. Hkrati se ena od njegovih oblik spremeni v drugo.
Leta 1918 so znanstveniki uspeli dokazati, da je zakon ohranjanja energije matematična posledica translacijske simetrije časa - vrednosti konjugirane energije. Z drugimi besedami, energija se ohranja zaradi dejstva, da se zakoni fizike v različnih časih ne razlikujejo.
Energijske funkcije
Energija je sposobnost telesa, da opravlja delo. V zaprtemfizičnih sistemov, se ohranja ves čas (dokler je sistem zaprt) in je eden od treh aditivnih integralov gibanja, ki ohranjajo vrednost med gibanjem. Sem spadajo: energija, kotna količina, zagon. Uvedba koncepta "energije" je primerna, kadar je fizični sistem časovno homogen.
Notranja energija teles
Je vsota energij molekularnih interakcij in toplotnih gibanj molekul, ki ga sestavljajo. Ni ga mogoče neposredno izmeriti, ker je nedvoumna funkcija stanja sistema. Kadarkoli se sistem znajde v danem stanju, ima njegova notranja energija svojo lastno vrednost, ne glede na zgodovino obstoja sistema. Sprememba notranje energije pri prehodu iz enega fizičnega stanja v drugo je vedno enaka razliki med njenimi vrednostmi v končnem in začetnem stanju.
Notranja energija plina
Plini imajo poleg trdnih snovi tudi energijo. Predstavlja kinetično energijo toplotnega (kaotičnega) gibanja delcev sistema, ki vključujejo atome, molekule, elektrone, jedra. Notranja energija idealnega plina (matematični model plina) je vsota kinetičnih energij njegovih delcev. To upošteva število stopenj svobode, ki je število neodvisnih spremenljivk, ki določajo položaj molekule v prostoru.
Poraba energije
Vsako leto človeštvo porabi vedno več virov energije. Najpogosteje za energijo,potrebni za razsvetljavo in ogrevanje naših domov, delovanje vozil in različnih mehanizmov, se uporabljajo fosilni ogljikovodiki, kot so premog, nafta in plin. So neobnovljivi viri.
Na žalost le majhen del energije našega planeta izvira iz obnovljivih virov, kot so voda, veter in sonce. Do danes je njihov delež v energetskem sektorju le 5%. Še 3 % ljudi prejema v obliki jedrske energije, proizvedene v jedrskih elektrarnah.
Neobnovljivi viri imajo naslednje rezerve (v joulih):
- jedrska energija - 2 x 1024;
- energija plina in nafte – 2 x 10 23;
- notranja toplota planeta - 5 x 1020.
Letna vrednost obnovljivih virov Zemlje:
- sončna energija - 2 x 1024;
- veter - 6 x 1021;
- reke - 6, 5 x 1019;
- morske plime - 2,5 x 1023.
Šele s pravočasnim prehodom iz uporabe neobnovljivih zalog energije Zemlje na obnovljive, ima človeštvo možnost za dolgo in srečno obstoj na našem planetu. Za izvajanje najsodobnejšega razvoja znanstveniki po vsem svetu še naprej skrbno preučujejo različne lastnosti energije.
