Енергията е ... Потенциална и кинетична енергия. Какво е енергията във физиката?

Енергията е това, което прави живота възможно не само на нашата планета, но и във Вселената. Въпреки това, тя може да бъде много различна. Така че, топлина, звук, светлина, електричество, микровълни, калории представляват различни видове енергия. За всички процеси, които се извършват около нас, това вещество е необходимо. Повечето от енергията на Земята са получени от Слънцето, но има и други източници. Слънцето минава на нашата планета толкова, колкото ще произвежда 100 милиона от най-мощните електроцентрали.

Какво е енергията?

В теорията, изложена от Алберт Айнщайн, се изследва взаимовръзката между материята и енергията. Този велик учен е способен да докаже способността на едно вещество да се превърне в друго. Установено е, че енергията е най-важният фактор в съществуването на телата, а материята е второстепенна.

Енергията - в общи линии, е способността да извършва някаква работа. Тя е тази, която обозначава концепцията за сила, способна да движи тялото или да му даде нови свойства. Какво означава терминът "енергия"? Физиката е фундаменталната наука, която много учени от различни епохи и държави посветиха на живота си. Аристотел използва думата "енергия", за да се отнесе към човешката дейност. В превод от гръцки език "енергия" е "дейност", "сила", "действие", "сила". Първият път, когато тази дума се появи в трактата на учения гръцки под името "Физика".

В общоприетия смисъл този термин е въведен в употреба от английски физик От Томас Юнг. Това значимо събитие настъпва в далечната 1807 г. През петдесетте години на XIX век. Английски инженер Уилям Томсън, използвана за първи път терминът "кинетична engergiya", а през 1853 г. шотландският физик Уилям Ранкин въвежда термина "потенциална енергия".

Днес тази скаларна величина присъства във всички части на физиката. Това е една мярка за различните форми на движение и взаимодействие на материята. С други думи, това е мярка за преобразуването на една форма в друга.

Единици и символи

Количеството енергия се измерва в джаули (J). Този специален блок, в зависимост от типа енергия, може да има различни обозначения, например:

• W е общата енергия на системата.
• Q е термичен.
• U е потенциал.

Видове енергия

В природата има много различни видове енергия. Основните са:

• механично;
• електромагнитно;
• електрически;
• химически;
• термичен;
• ядрен (атомен).

Има и други видове енергия: светлина, звук, магнит. През последните години все повече физици наклоняват хипотезата за съществуването на т. Нар. "Тъмна" енергия. Всеки от изброените по-рано видове от това вещество има свои собствени характеристики. Например енергията на звука може да се предава чрез вълни. Те допринасят за появата на вибрации на тъпанчетата в ухото на хора и животни, благодарение на които можете да чуете звуци. В хода на различни химични реакции се освобождава енергията, необходима за жизнената активност на всички организми. Всяко гориво, храна, батерии, батерии са склад на тази енергия.

Нашето осветление дава на Земята енергия под формата на електромагнитни вълни. Само по този начин може да преодолее пространствата на Космоса. Благодарение на съвременните технологии, като слънчеви панели, можем да го използваме с най-голям ефект. Излишъкът от неизползвана енергия се натрупва в специални съоръжения за съхранение на енергия. Наред с горните видове енергия, термални извори, реки, прилив и поток океана, биогоривата.

Механична енергия

Този вид енергия се изучава в секцията по физика, наречена "Механика". Тя се обозначава с буква Е. Неговото измерване се извършва в джаули (J). Каква е тази енергия? Физиката на механика изследва движението на телата и тяхното взаимодействие помежду си или с външни полета. В този случай енергията, дължаща се на движението на телата, се нарича кинетична енергия (означена от Ек) и енергията, която се дължи на взаимодействие на телата или външни полета, наречени потенциал (En). Сумата на движението и взаимодействието е общата механична енергия на системата.

Съществува общо правило за изчисляване и на двата типа. За да определите количеството енергия, изчислете необходимата работа, за да прехвърлите тялото от нулевото състояние в това състояние. В този случай, колкото повече работа, толкова повече енергия тялото ще има в това състояние.

Разделяне на видовете с различни знаци

Има няколко вида споделяне на енергия. Според различни знаци тя е разделена на: външни (кинетични и потенциални) и вътрешни (механични, термични, електромагнитни, ядрени, гравитационни). Електромагнитната енергия, от своя страна, е разделена на магнитна и електрическа енергия, а ядрената енергия е разделена на енергия на слабо и силно взаимодействие.

кинетичен

Всяко движещо се тяло се отличава с наличието на кинетична енергия. Това често се нарича шофиране. Енергията на тялото, която се движи, се губи, когато се забавя. По този начин колкото по-бърза е скоростта, толкова по-голяма е кинетичната енергия.

Когато движещото се тяло влиза в контакт със стационарен обект, то се прехвърля на кинетичната част, което води до движение. Формулата на кинетичната енергия следното:

• E_за= mv^2: 2
  където m е масата на тялото, v е скоростта на движение на тялото.

С думи тази формула може да бъде изразена както следва: кинетичната енергия на обекта е равна на половината от продукта на масата му на квадратен от неговата скорост.

потенциал

Този вид енергия има тела, които са в някакво силово поле. Така че, магнита възниква, когато обектът е под въздействието на магнитно поле. Всички тела на земята имат потенциална гравитационна енергия.

В зависимост от свойствата на изследваните обекти те могат да имат различни видове потенциална енергия. Така че еластичните и еластични тела, които са способни да се разтягат, имат потенциална енергия на еластичност или напрежение. Всяко падащо тяло, което преди е било неподвижно, губи потенциал и придобива кинетика. В този случай величината на тези два вида ще бъде еквивалентна. В гравитационното поле на нашата планета потенциалната енергийна формула ще има следната форма:

• E_п = MHG,
  където m е масата на тялото, h е височината на центъра на масата на тялото над нивото на нулата, g е ускорението, дължащо се на гравитацията.

С думи тази формула може да бъде изразена както следва: потенциалната енергия на даден обект, взаимодействащ със Земята, е равна на произведението на масата му, ускоряването на свободното падане и надморската височина, на която се намира.

Това скаларно количество е характеристика на енергийния резерв на материална точка (тяло), разположена в потенциално поле на силата и ще придобие кинетична енергия, дължаща се на работата на полевите сили. Понякога се нарича координатна функция, която е термин в Lagrangian на системата (Lagrange функция на динамичната система). Тази система описва тяхното взаимодействие.

Потенциалната енергия се равнява на нула за определена конфигурация на разположени в пространството тела. Изборът на конфигурация се определя от удобството на по-нататъшните изчисления и се нарича "нормализиране на потенциалната енергия".

Закон за опазване на енергията

Една от най-основните постулати на физиката е Законът за опазване на енергията. Съгласно нея енергията не произлиза от никъде и не изчезва никъде. Тя постоянно преминава от една форма в друга. С други думи, само енергийните промени. Така например, химическата енергия на батерията на фенерчето се превръща в електрическа и от нея - в светлина и топлина. Различните домакински уреди превръщат електрическото в светлина, топлина или звук. Най-често крайният резултат от промяната е топлина и светлина. След това енергията отива в околното пространство.

Законът за енергията може да обясни много физически явления. Учените твърдят, че общият обем във Вселената е постоянно непроменен. Никой не може да създаде нова енергия или да я унищожи. Развивайки един от видовете си, хората използват енергията на горивото, падащата вода, атома. В същото време една от формите й се превръща в друга.

През 1918 г. учените са успели да докажат, че законът за опазване на енергията е математическо следствие от транслационната симетрия на времето - стойността на конюгираната енергия. С други думи, енергията се запазва, защото законите на физиката не се различават в различно време.

Енергийни характеристики

Енергията е способността на тялото да работи. В затворени физически системи, тя се поддържа през цялото време (докато системата е затворена) и представлява един от трите добавъчни интеграла на движение, които запазват величината по време на движение. Те включват: енергия, инерция, инерция. Въвеждането на концепцията за "енергия" е препоръчително, когато физическата система е хомогенна във времето.

Вътрешна енергия на телата

Това е сумата от енергиите на молекулните взаимодействия и топлинните движения на молекулите, които го съставят. Тя не може да бъде измерена директно, тъй като тя е една ценна функция на състоянието на системата. Винаги, когато системата е в дадено състояние, нейната вътрешна енергия има своя вътрешна стойност, независимо от историята на съществуването на системата. Промяната във вътрешната енергия по време на прехода от едно физическо състояние към друго винаги е равна на разликата между нейните стойности в крайното и началното състояние.

Вътрешна енергия на газа

В допълнение към твърдите вещества, енергията има и газове. Тя представлява кинетичната енергия на топлинното (хаотично) движение на частиците на системата, което включва атоми, молекули, електрони и ядра. Вътрешната енергия на идеален газ (математическият модел на газа) е сумата от кинетичните енергии на неговите частици. Това отчита броя на степените на свобода, който е броят на независимите променливи, които определят позицията на молекулата в пространството.

Използване на енергия

Всяка година човечеството консумира все повече и повече енергия. Най-често изкопаеми горива като въглища, нефт и газ се използват за генериране на енергията, необходима за осветяване и отопление на домовете, работните средства и различни механизми. Те се отнасят до невъзобновяеми ресурси.

За съжаление, само малка част от енергията се извлича на нашата планета с помощта на възобновяеми ресурси като вода, вятър и слънце. Към днешна дата техният дял в енергийния сектор е само 5%. Други 3% от хората получават под формата на ядрена енергия, произведена в атомни електроцентрали.

Невъзобновяеми ресурси имат следните резерви (в джаули):

• ядрена енергия - 2 x 10²⁴;
• енергия на газ и масло - 2 x 10 ²³;
• вътрешно топлината на планетата - 5 х 10²⁰.

Годишната стойност на възобновяемите ресурси на Земята:

• слънчева енергия - 2 x 10²⁴;
• вятър - 6 х 10²¹;
• реки - 6.5 х 10¹⁹;
• приливи и отливи - 2,5 х 10²³.

Само с навременен преход от използването на невъзобновяеми енергийни източници на Земята до възобновяеми източници, човечеството има шанс за дълго и щастливо съществуване на нашата планета. За да осъществите напреднали разработки, учените от цял ​​свят продължават внимателно да проучват различните свойства на енергията.