Energia este ceea ce face posibilă viața nu numai pe planeta noastră, ci și în Univers. Cu toate acestea, poate fi foarte diferit. Deci, căldura, sunetul, lumina, electricitatea, cuptorul cu microunde, caloriile sunt diferite tipuri de energie. Pentru toate procesele care au loc în jurul nostru, această substanță este necesară. Cea mai mare parte a energiei care există pe Pământ o primește de la Soare, dar există și alte surse ale acesteia. Soarele îl transferă pe planeta noastră la fel de mult pe cât ar produce 100 de milioane dintre cele mai puternice centrale electrice în același timp.
Ce este energia?
Teoria prezentată de Albert Einstein studiază relația dintre materie și energie. Acest mare om de știință a fost capabil să demonstreze capacitatea unei substanțe de a se transforma în alta. În același timp, s-a dovedit că energia este cel mai important factor în existența corpurilor, iar materia este secundară.
Energia este, în mare, capacitatea de a lucra. Ea este cea care reprezintăconceptul de forță capabilă să miște un corp sau să îi confere noi proprietăți. Ce înseamnă termenul „energie”? Fizica este o știință fundamentală căreia și-au dedicat viața mulți oameni de știință din diferite epoci și țări. Chiar și Aristotel a folosit cuvântul „energie” pentru a se referi la activitatea umană. Tradus din limba greacă, „energie” este „activitate”, „putere”, „acțiune”, „putere”. Prima dată când acest cuvânt a apărut într-un tratat al unui om de știință grec numit „Fizică”.
În sensul acum general acceptat, acest termen a fost inventat de fizicianul englez Thomas Young. Acest eveniment important a avut loc în 1807. În anii 50 ai secolului al XIX-lea. mecanicul englez William Thomson a fost primul care a folosit conceptul de „energie cinetică”, iar în 1853 fizicianul scoțian William Rankin a introdus termenul de „energie potențială”.
Astăzi această mărime scalară este prezentă în toate ramurile 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.
Măsuri și denumiri
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 - termică.
- U – potențial.
Tipuri de energie
Există multe tipuri diferite de energie în natură. Principalele sunt:
- mecanic;
- electromagnetic;
- electric;
- chimic;
- termic;
- nuclear (atomic).
Există și alte tipuri de energie: luminoasă, sonoră, magnetică. În ultimii ani, un număr tot mai mare de fizicieni sunt înclinați spre ipoteza existenței așa-numitei energii „întunecate”. Fiecare dintre tipurile enumerate anterior de această substanță are propriile sale caracteristici. De exemplu, energia sonoră poate fi transmisă folosind unde. Ele contribuie la vibrația timpanelor în urechea oamenilor și animalelor, datorită cărora sunetele pot fi auzite. În cursul diferitelor reacții chimice, se eliberează energia necesară vieții tuturor organismelor. Orice combustibil, alimente, acumulatori, baterii reprezintă depozitul acestei energii.
Steaua noastră oferă Pământului energie sub formă de unde electromagnetice. Numai așa poate depăși întinderile Cosmosului. Datorită tehnologiei moderne, cum ar fi panourile solare, îl putem folosi cu cel mai mare efect. Excesul de energie neutilizată se acumulează în instalații speciale de stocare a energiei. Alături de tipurile de energie de mai sus, izvoare termale, râuri, reflux și fluxuri oceanice, biocombustibilii sunt adesea folosiți.
Energie mecanică
Acest tip de energie este studiat în ramura fizicii numită „Mecanica”. Se notează cu litera E. Se măsoară în jouli (J). Ce este această energie? Fizica mecanicii studiază mișcarea corpurilor și interacțiunea lor între ele sau cu câmpurile externe. În acest caz, se numește energia datorată mișcării corpurilorcinetic (notat cu Ek), iar energia datorată interacțiunii corpurilor sau câmpurilor externe se numește potențial (Ep). Suma mișcării și interacțiunii este energia mecanică totală a sistemului.
Există o regulă generală pentru calcularea ambelor tipuri. Pentru a determina cantitatea de energie, este necesar să se calculeze munca necesară pentru a transfera corpul din starea zero în această stare. Mai mult, cu cât mai multă muncă, cu atât mai multă energie va avea organismul în această stare.
Separarea speciilor în funcție de diferite criterii
Există mai multe tipuri de partajare a energiei. După diverse criterii, se împarte în: extern (cinetic și potențial) și intern (mecanic, termic, electromagnetic, nuclear, gravitațional). Energia electromagnetică, la rândul ei, este împărțită în magnetică și electrică, iar energia nucleară este împărțită în energia interacțiunilor slabe și puternice.
Kinetic
Orice corpuri în mișcare se disting prin prezența energiei cinetice. Se numește adesea așa - conducere. Energia unui corp care se mișcă se pierde atunci când încetinește. Astfel, cu cât viteza este mai mare, cu atât energia cinetică este mai mare.
Când un corp în mișcare intră în contact cu un obiect staționar, o parte a celui cinetic este transferat acestuia din urmă, punându-l în mișcare. Formula energiei cinetice este următoarea:
În cuvinte, această formulă poate fi exprimată astfel: energia cinetică a unui obiect estejumătate din produsul masei sale cu pătratul vitezei sale.
Potențial
Acest tip de energie este posedat de corpuri care se află într-un fel de câmp de forță. Deci, magnetic apare atunci când un obiect se află sub influența unui câmp magnetic. Toate corpurile de pe pământ au energie gravitațională potențială.
În funcție de proprietățile obiectelor de studiu, acestea pot avea diferite tipuri de energie potențială. Deci, corpurile elastice și elastice care sunt capabile să se întindă, au energia potențială a elasticității sau tensiunii. Orice corp în cădere care anterior era nemișcat își pierde potențialul și capătă cinetică. În acest caz, valoarea acestor două tipuri va fi echivalentă. În câmpul gravitațional al planetei noastre, formula energiei potențiale va arăta astfel:
În cuvinte, această formulă poate fi exprimată după cum urmează: energia potențială a unui obiect care interacționează cu Pământul este egală cu produsul dintre masa acestuia, accelerația gravitației și înălțimea la care se află.
Această valoare scalară este o caracteristică a rezervei de energie a unui punct material (corp) situat într-un câmp de forță potențial și utilizat pentru a dobândi energie cinetică datorită muncii forțelor câmpului. Uneori se numește funcția de coordonate, care este un termen din Langrangianul sistemului (funcția Lagrange a unui sistem dinamic). Acest sistem descrie interacțiunea lor.
Energia potențială este egală cu zero pentruo anumită configuraţie a corpurilor situate în spaţiu. Alegerea configurației este determinată de comoditatea calculelor ulterioare și se numește „normalizarea energiei potențiale”.
Legea conservării energiei
Unul dintre cele mai de bază postulate ale fizicii este legea conservării energiei. Potrivit acestuia, energia nu apare de nicăieri și nu dispare nicăieri. Se schimbă constant de la o formă la alta. Cu alte cuvinte, există doar o schimbare de energie. Deci, de exemplu, energia chimică a bateriei unei lanterne este convertită în energie electrică, iar din aceasta în lumină și căldură. Diverse aparate electrocasnice transformă energia electrică în lumină, căldură sau sunet. Cel mai adesea, rezultatul final al schimbării este căldura și lumina. După aceea, energia intră în spațiul înconjurător.
Legea energiei poate explica multe fenomene fizice. Oamenii de știință susțin că volumul său total în univers rămâne constant neschimbat. Nimeni nu poate crea din nou energie sau o poate distruge. Dezvoltând unul dintre tipurile sale, oamenii folosesc energia combustibilului, a apei care cade, a unui atom. În același timp, una dintre formele sale se transformă în alta.
În 1918, oamenii de știință au reușit să demonstreze că legea conservării energiei este o consecință matematică a simetriei translaționale a timpului - valoarea energiei conjugate. Cu alte cuvinte, energia este conservată datorită faptului că legile fizicii nu diferă în momente diferite.
Funcții energetice
Energia este capacitatea unui organism de a lucra. În închissistemele fizice, se păstrează pe tot parcursul timpului (atâta timp cât sistemul este închis) și este una dintre cele trei integrale aditive ale mișcării care păstrează valoarea în timpul mișcării. Acestea includ: energie, moment unghiular, impuls. Introducerea conceptului de „energie” este adecvată 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 alcătuiesc. Nu poate fi măsurat direct deoarece este o funcție clară a stării sistemului. Ori de câte ori un sistem se găsește într-o stare dată, energia sa internă are valoarea sa inerentă, indiferent de istoria 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 inițială.
Energia internă a gazului
Pe lângă solide, gazele au și energie. Reprezintă energia cinetică a mișcării termice (haotice) a particulelor sistemului, care includ atomi, molecule, electroni, nuclee. Energia internă a unui gaz ideal (un model matematic al unui gaz) este suma energiilor cinetice ale particulelor sale. Aceasta ia în considerare numărul de grade de libertate, care este numărul de variabile independente care determină poziția moleculei în spațiu.
Consum de energie
În fiecare an, omenirea consumă din ce în ce mai multe resurse energetice. Cel mai adesea pentru energie,necesare pentru iluminarea și încălzirea locuințelor noastre, funcționarea vehiculelor și diverse mecanisme, se folosesc hidrocarburi fosile precum cărbunele, petrolul și gazul. Sunt resurse neregenerabile.
Din păcate, doar o mică parte din energia planetei noastre provine din resurse regenerabile, cum ar fi apa, vântul și soarele. Până în prezent, ponderea lor în sectorul energetic este de doar 5%. Alți 3% oameni primesc sub formă de energie nucleară produsă în centrale nucleare.
Resursele neregenerabile au următoarele rezerve (în jouli):
- energie nucleară - 2 x 1024;
- energie pe gaz și petrol – 2 x 10 23;
- caldura interioara a planetei - 5 x 1020.
Valoarea anuală a resurselor regenerabile ale Pământului:
- energie solară - 2 x 1024;
- vânt - 6 x 1021;
- râuri - 6, 5 x 1019;
- maree - 2,5 x 1023.
Numai cu o tranziție în timp util de la utilizarea rezervelor de energie neregenerabile ale Pământului la cele regenerabile, omenirea are șansa unei existențe lungi și fericite pe planeta noastră. Pentru a implementa dezvoltări de ultimă oră, oamenii de știință din întreaga lume continuă să studieze cu atenție diferitele proprietăți ale energiei.
