Energie je ... Potenciální a kinetická energie. Co je energie ve fyzice?

Energie je to, co dělá život možný nejen na naší planetě, ale také ve vesmíru. Může se však velmi lišit. Takže teplo, zvuk, světlo, elektřina, mikrovlny, kalorie představují různé druhy energie. Pro všechny procesy probíhající kolem nás je tato látka potřebná. Většina energie na Zemi je přijata ze Slunce, ale existují i ​​jiné zdroje. Slunce jej přenáší na naši planetu stejně, jako by produkovalo 100 milionů nejvýkonnějších elektráren.

Co je to energie?

V teorii, kterou předkládá Albert Einstein, je studována vzájemná souvislost hmoty a energie. Tento skvělý vědec dokázal dokázat schopnost jedné látky změnit se na jinou. Bylo zjištěno, že energie je nejdůležitějším faktorem existence těl a záležitost je druhotná.

Energie - je z velké části schopen vykonávat určitý druh práce. Je to ona, která vystihuje pojem síly, který je schopen pohybovat tělem nebo dát mu nové vlastnosti. Co znamená termín "energie"? Fyzika je základní věda, kterou vědci z různých epoch a zemí věnovali životům. Aristotle použil slovo "energie" k označení lidské činnosti. V překladu z řeckého jazyka je "energie" "aktivita", "moc", "akce", "moc". Poprvé se toto slovo objevilo v pojednání řeckého vědce pod názvem "Fyzika".

Ve všeobecně přijatém smyslu byl tento termín zaveden do užívání anglickým fyzikem Thomas Jung. Tato významná událost nastala ve vzdáleném roce 1807. V padesátých letech 19. století. Anglický mechanik William Thomson poprvé použil pojem "kinetická energie" a v roce 1853 představil skotský fyzik William Rankin pojem "potenciální energie".

Dnes je toto skalární množství přítomno ve všech částech fyziky. Jedná se o jediné měřítko různých forem pohybu a interakce hmoty. Jinými slovy je to míra transformace jedné formy na druhou.

Jednotky a symboly

Množství energie se měří v joulech (J). Tato speciální jednotka, v závislosti na typu energie, může mít různá označení, například:

• W je celková energie systému.
• Q je tepelná.
• U je potenciál.

Druhy energie

V přírodě existuje mnoho různých typů energie. Hlavní jsou:

• mechanické;
• elektromagnetické;
• elektrické;
• chemické;
• tepelné;
• jaderné (atomové).

Existují další typy energie: světlo, zvuk, magnetické. V posledních letech se stále více fyziků naklonilo k hypotéze existence tzv. "Temné" energie. Každý z výše uvedených druhů této látky má své vlastní vlastnosti. Například energie zvuku může být přenášena vlnami. Přispívají ke vzniku vibrací ušních bubnů v uších lidí a zvířat, díky nimž můžete slyšet zvuk. V průběhu různých chemických reakcí se uvolňuje energie potřebná pro životně důležitou činnost všech organismů. Jakékoli palivo, potraviny, baterie, baterie jsou zásoby této energie.

Naše svítidlo dává Zemi energii ve formě elektromagnetických vln. Jen tak může překonat prostor Cosmosu. Díky moderním technologiím, jako jsou například solární panely, jej můžeme použít s největším efektem. Nadbytečná nevyužitá energie se hromadí ve zvláštních skladovacích zařízeních. Spolu s výše uvedenými typy energie, termální prameny, řeky, odliv a průtok oceán, biopaliva.

Mechanická energie

Tento typ energie je studován ve fyzikální části nazvané "Mechanika". Označuje se písmenem E. Jeho měření se provádí v joulech (J). Co je tato energie? Fyzika mechaniky studuje pohyb těl a jejich vzájemné interakce nebo s vnějšími poli. V tomto případě se energie způsobená pohybem těl nazývá kinetickou energií (označovanou Ek) a energií způsobenou interakce těl nebo externích polí nazvaných potenciál (En). Součtem pohybu a interakce je celková mechanická energie systému.

Existuje obecné pravidlo pro výpočet obou typů. Chcete-li určit množství energie, vypočtěte práci potřebnou k přemístění těla z nulového stavu do tohoto stavu. V tomto případě, čím více práce, tím více energie tělo bude mít v tomto stavu.

Oddělení druhů různými znaky

Existuje několik typů sdílení energie. Podle různých znaků se dělí na: vnější (kinetické a potenciální) a vnitřní (mechanické, tepelné, elektromagnetické, jaderné, gravitační). Elektromagnetická energie se dále dělí na magnetickou a elektrickou energii a jaderná energie je rozdělena na energii slabé a silné interakce.

Kinetic

Jakékoli pohyblivé tělo se vyznačuje přítomností kinetické energie. Často se říká jízda. Energie těla, která se pohybuje, se ztrácí, když se zpomalí. Čím je rychlost rychlejší, tím větší je kinetická energie.

Když pohyblivé tělo přichází do styku se stacionárním předmětem, tento je přenesen do kinetické části, což vede k pohybu. Formula kinetické energie následující:

• E_na= mv^2: 2,
  kde m je hmotnost těla, v je rychlost pohybu těla.

Slovami lze tento vzorec vyjádřit následujícím způsobem: kinetická energie objektu se rovná polovině výrobku jeho hmotnosti na čtverec jeho rychlosti.

Potenciál

Tento druh energie má těla, která jsou v nějakém silovém poli. Takže magnetické pole vzniká, když je objekt pod vlivem magnetického pole. Všechny těla na zemi mají potenciální gravitační energii.

V závislosti na vlastnostech studijních objektů mohou mít různé typy potenciální energie. Takže elastické a elastické tělo, které jsou schopné napínat, mají potenciální energii pružnosti nebo napětí. Každé padající tělo, které bylo dříve nehybné, ztrácí potenciál a získává kinetiku. V tomto případě bude velikost těchto dvou druhů ekvivalentní. V gravitačním poli naší planety bude potenciální energetická vzorec mít následující podobu:

• E_n = mhg,
  kde m je hmotnost těla, h je výška středu hmoty těla nad nulovou hladinou, g je zrychlení v důsledku gravitace.

Slova mohou být vyjádřena takto: potenciální energie objektu, který interaguje se Zemí, se rovná součinu jeho hmoty, zrychlení volného pádu a nadmořské výšky, na které se nachází.

Toto skalární množství je charakteristickým znakem energetické rezervy hmotného bodu (těla), který se nachází v potenciálním poli sil a získává kinetickou energii kvůli práci terénních sil. Někdy se nazývá funkce souřadnic, což je termín v Lagrangeově systému (Lagrangeova funkce dynamického systému). Tento systém popisuje jejich interakci.

Potenciální energie se rovná nule pro určitou konfiguraci těles umístěných v prostoru. Volba konfigurace je určena vhodností dalších výpočtů a nazývá se "normalizace potenciální energie".

Zákon zachování energie

Jedním z nejzákladnějších postulátů fyziky je zákon o zachování energie. V souladu s tím energie nikde nenastává a nikde nezmizí. Neustále jde z jedné formy do druhé. Jinými slovy, pouze energetické změny. Například chemická energie baterky je přeměněna na elektrickou energii a z ní na světlo a teplo. Různé domácí spotřebiče přeměňují elektřinu na světlo, teplo nebo zvuk. Nejčastějším výsledkem změny je teplo a světlo. Poté energie proniká do okolního prostoru.

Zákon o energii může vysvětlit mnoho fyzické jevy. Vědci tvrdí, že jeho celkový objem ve vesmíru se neustále mění. Nikdo nemůže znovu vytvořit nebo zničit energii. Při vývoji jednoho z jeho druhů lidé využívají energii paliva, pádu vody, atomu. Současně se jedna z jejích forem mění na jinou.

V roce 1918 vědci dokázali, že zákon zachování energie je matematickým důsledkem translační symetrie času - hodnoty konjugované energie. Jinými slovy, energie je zachována, protože zákony fyziky se v různých časech neliší.

Energetické vlastnosti

Energie je schopnost těla dělat práci. V uzavřených fyzických systémech se udržuje po celou dobu (pokud je systém uzavřen) a představuje jeden ze tří aditivních integrálů pohybu, které zachovávají velikost během pohybu. Mezi ně patří: energie, hybnost, hybnost. Zavedení koncepce "energie" je vhodné, když je fyzický systém homogenní v čase.

Vnitřní energie těl

Je součtem energie molekulárních interakcí a tepelných pohybů molekul, které ji tvoří. Nemůže být měřeno přímo, jelikož jde o jednohodnotovou funkci stavu systému. Vždy, když je systém v daném stavu, má vnitřní energie svou vnitřní hodnotu, bez ohledu na historii existence systému. Změna vnitřní energie během přechodu z jednoho fyzického stavu do druhého je vždy rovna rozdílu mezi jejími hodnotami ve finálním a počátečním stavu.

Vnitřní energie plynu

Kromě pevných látek má také energie plyny. Představuje kinetickou energii tepelného (chaotického) pohybu částic systému, který zahrnuje atomy, molekuly, elektrony a jádra. Vnitřní energie ideálního plynu (matematický model plynu) je součtem kinetických energií jeho částic. Toto zohledňuje počet stupňů volnosti, což je počet nezávislých proměnných, které určují polohu molekuly ve vesmíru.

Použití energie

Každý rok lidstvo spotřebovává stále více energie. Nejčastěji se fosilní paliva, jako je uhlí, ropa a plyn, využívají k výrobě energie potřebné k osvětlení a ohřevu našich domů, pracovních vozidel a různých mechanismů. Odkazují na neobnovitelné zdroje.

Bohužel jen malá část energie je na naší planetě vytěžena pomocí obnovitelných zdrojů, jako je voda, vítr a slunce. Zatím je jejich podíl v energetickém sektoru jen 5%. Dalších 3% lidí získává jadernou energii vyrobenou v jaderných elektrárnách.

Neobnovitelné zdroje mají následující rezervy (v joulech):

• jaderná energie - 2 x 10²⁴;
• energie plynu a oleje - 2 x 10 ²³;
• vnitřní teplo planety - 5 x 10²⁰.

Roční hodnota obnovitelných zdrojů Země:

• solární energie - 2 x 10²⁴;
• vítr - 6 x 10²¹;
• řeky - 6,5 x 10¹⁹;
• příliv moře - 2,5 x 10²³.

Pouze s včasným přechodem od využívání neobnovitelných zdrojů energie na Zemi k obnovitelným zdrojům má lidstvo šanci na dlouhou a šťastnou existenci na naší planetě. K dosažení pokročilého vývoje vědci po celém světě nadále pečlivě studují různé vlastnosti energie.