Energie je to, co umožňuje život nejen na naší planetě, ale také ve vesmíru. Může to však být velmi odlišné. Takže teplo, zvuk, světlo, elektřina, mikrovlny, kalorie jsou různé druhy energie. Pro všechny procesy probíhající kolem nás je tato látka nezbytná. Většina energie, která existuje na Zemi, přijímá ze Slunce, ale existují i jiné zdroje. Slunce jej přenese na naši planetu až 100 milionů nejvýkonnějších elektráren, které by současně vyprodukovaly.
Co je energie?
Teorie předložená Albertem Einsteinem studuje vztah mezi hmotou a energií. Tento velký vědec dokázal prokázat schopnost jedné látky proměnit se v jinou. Zároveň se ukázalo, že energie je nejdůležitějším faktorem existence těles a hmota je druhotná.
Energie je obecně schopnost vykonávat nějakou práci. Ona je ta, která stojí zapojem síly schopné pohnout tělesem nebo mu dát nové vlastnosti. Co znamená pojem "energie"? Fyzika je základní věda, které zasvětilo svůj život mnoho vědců z různých epoch a zemí. Dokonce i Aristoteles použil slovo „energie“k označení lidské činnosti. V překladu z řečtiny je „energie“„aktivita“, „síla“, „akce“, „síla“. Poprvé se toto slovo objevilo v pojednání řeckého vědce s názvem „Fyzika“.
V dnes již obecně přijímaném smyslu tento termín vytvořil anglický fyzik Thomas Young. Tato významná událost se stala již v roce 1807. V 50. letech XIX století. anglický mechanik William Thomson jako první použil pojem „kinetická energie“a v roce 1853 zavedl skotský fyzik William Rankin termín „potenciální energie“.
Dnes je tato skalární veličina přítomna ve všech odvětvích fyziky. Je to jediné měřítko různých forem pohybu a interakce hmoty. Jinými slovy, je to míra transformace jedné formy do druhé.
Měření a označení
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 – termální.
- U – potenciál.
Druhy energie
V přírodě existuje mnoho různých druhů energie. Hlavní jsou:
- mechanické;
- elektromagnetické;
- elektrický;
- chemical;
- termální;
- nukleární (atomový).
Existují další druhy energie: světlo, zvuk, magnetická. V posledních letech se stále více fyziků přiklání k hypotéze o existenci tzv. „temné“energie. Každý z výše uvedených typů této látky má své vlastní vlastnosti. Zvuková energie může být například přenášena pomocí vln. Přispívají k chvění ušního bubínku v uchu lidí i zvířat, díky čemuž jsou slyšet zvuky. Při různých chemických reakcích se uvolňuje energie nezbytná pro život všech organismů. Jakékoli palivo, jídlo, akumulátory, baterie jsou úložištěm této energie.
Naše hvězda dává Zemi energii ve formě elektromagnetických vln. Jen tak může překonat rozlohy Kosmu. Díky moderním technologiím, jako jsou solární panely, to dokážeme maximálně efektivně využít. Přebytečná nevyužitá energie se akumuluje ve speciálních skladech energie. Spolu s výše uvedenými typy energie, termálními prameny, řekami, oceánskými odlivy a toky se často používají biopaliva.
Mechanická energie
Tento druh energie je studován v oboru fyziky zvaném "Mechanika". Označuje se písmenem E. Měří se v joulech (J). Co je to za energii? Fyzika mechaniky studuje pohyb těles a jejich interakci mezi sebou navzájem nebo s vnějšími poli. V tomto případě se nazývá energie způsobená pohybem těleskinetická (označuje se Ek) a energie v důsledku interakce těles nebo vnějších polí se nazývá potenciál (Ep). Součet pohybu a interakce je celková mechanická energie systému.
Pro výpočet obou typů platí obecné pravidlo. Pro určení množství energie je nutné vypočítat práci potřebnou k převedení tělesa z nulového stavu do tohoto stavu. Navíc, čím více práce, tím více energie bude mít tělo v tomto stavu.
Separace druhů podle různých kritérií
Existuje několik druhů sdílení energie. Podle různých kritérií se dělí na vnější (kinetické a potenciální) a vnitřní (mechanické, tepelné, elektromagnetické, jaderné, gravitační). Elektromagnetická energie se zase dělí na magnetickou a elektrickou a jaderná energie se dělí na energii slabých a silných interakcí.
Kinetic
Jakákoli pohybující se tělesa se vyznačují přítomností kinetické energie. Často se tomu říká – řízení. Energie tělesa, které se pohybuje, se při zpomalení ztrácí. Čím vyšší rychlost, tím větší kinetická energie.
Když se pohybující těleso dostane do kontaktu se stacionárním objektem, část kinetického se přenese na tento stacionární objekt a uvede jej do pohybu. Vzorec pro kinetickou energii je následující:
Slovy lze tento vzorec vyjádřit následovně: kinetická energie předmětu jepolovina součinu jeho hmotnosti krát druhá mocnina jeho rychlosti.
Potenciální
Tento typ energie mají těla, která jsou v nějakém druhu silového pole. Magnetické nastává, když je objekt pod vlivem magnetického pole. Všechna tělesa na Zemi mají potenciální gravitační energii.
V závislosti na vlastnostech předmětů studia mohou mít různé typy potenciální energie. Takže elastická a elastická tělesa, která jsou schopna se natáhnout, mají potenciální energii pružnosti nebo napětí. Jakékoli padající těleso, které bylo dříve nehybné, ztrácí potenciál a získává kinetické vlastnosti. V tomto případě bude hodnota těchto dvou typů ekvivalentní. V gravitačním poli naší planety bude vzorec potenciální energie vypadat takto:
Slovy lze tento vzorec vyjádřit následovně: potenciální energie objektu interagujícího se Zemí se rovná součinu jeho hmotnosti, gravitačního zrychlení a výšky, ve které se nachází.
Tato skalární hodnota je charakteristikou energetické rezervy hmotného bodu (tělesa) umístěného v potenciálním silovém poli a používaného k získání kinetické energie v důsledku práce sil pole. Někdy se tomu říká souřadnicová funkce, což je termín v Langrangianu systému (Lagrangeova funkce dynamického systému). Tento systém popisuje jejich interakci.
Potenciální energie se rovná nule prourčitá konfigurace těles umístěných v prostoru. Volba konfigurace je určena pohodlností dalších výpočtů a nazývá se „normalizace potenciální energie“.
Zákon zachování energie
Jedním z nejzákladnějších postulátů fyziky je zákon zachování energie. Energie se podle něj odnikud neobjevuje a nikam nemizí. Neustále se mění z jedné formy do druhé. Jinými slovy, dochází pouze ke změně energie. Takže například chemická energie baterie baterky se přeměňuje na elektrickou energii a z ní na světlo a teplo. Různé domácí spotřebiče přeměňují elektrickou energii na světlo, teplo nebo zvuk. Nejčastěji je konečným výsledkem změny teplo a světlo. Poté energie jde do okolního prostoru.
Zákon energie může vysvětlit mnoho fyzikálních jevů. Vědci tvrdí, že jeho celkový objem ve vesmíru zůstává neustále nezměněn. Nikdo nemůže vytvořit energii znovu nebo ji zničit. Při vývoji jednoho z jeho typů lidé využívají energii paliva, padající vody, atomu. Zároveň se jedna z jeho forem mění v jinou.
V roce 1918 byli vědci schopni dokázat, že zákon zachování energie je matematickým důsledkem translační symetrie času – hodnoty konjugované energie. Jinými slovy, energie se šetří díky skutečnosti, že fyzikální zákony se v různých časech neliší.
Energetické vlastnosti
Energie je schopnost těla konat práci. V zavřenofyzikální systémy, je zachován po celou dobu (dokud je systém uzavřený) a je jedním ze tří aditivních integrálů pohybu, které zachovávají hodnotu během pohybu. Patří sem: energie, moment hybnosti, hybnost. Zavedení pojmu „energie“je vhodné, když je fyzikální systém homogenní v čase.
Vnitřní energie těles
Je to součet energií molekulárních interakcí a tepelných pohybů molekul, které jej tvoří. Nelze ji přímo měřit, protože je to jednoznačná funkce stavu systému. Kdykoli se systém ocitne v daném stavu, jeho vnitřní energie má svou vlastní hodnotu, bez ohledu na historii existence systému. Změna vnitřní energie při přechodu z jednoho fyzického stavu do druhého se vždy rovná rozdílu mezi jejími hodnotami v konečném a počátečním stavu.
Vnitřní energie plynu
Kromě pevných látek mají energii také plyny. Představuje kinetickou energii tepelného (chaotického) pohybu částic systému, mezi které patří atomy, molekuly, elektrony, jádra. Vnitřní energie ideálního plynu (matematický model plynu) je součtem kinetických energií jeho částic. Toto bere v úvahu počet stupňů volnosti, což je počet nezávislých proměnných, které určují polohu molekuly v prostoru.
Spotřeba energie
Každý rok lidstvo spotřebovává více a více energetických zdrojů. Nejčastěji na energii,nezbytné pro osvětlení a vytápění našich domovů, provoz vozidel a různých mechanismů, využívají se fosilní uhlovodíky jako uhlí, ropa a plyn. Jsou to neobnovitelné zdroje.
Bohužel jen nepatrný zlomek energie naší planety pochází z obnovitelných zdrojů, jako je voda, vítr a slunce. K dnešnímu dni je jejich podíl v energetickém sektoru pouze 5 %. Další 3 % lidé obdrží ve formě jaderné energie vyrobené v jaderných elektrárnách.
Neobnovitelné zdroje mají následující rezervy (v joulech):
- jaderná energie – 2 x 1024;
- energie plynu a ropy – 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 a odliv - 2,5 x 1023.
Pouze při včasném přechodu od využívání neobnovitelných energetických zásob Země k obnovitelným má lidstvo šanci na dlouhou a šťastnou existenci na naší planetě. Vědci z celého světa pokračují v pečlivém studiu různých vlastností energie, aby zavedli nejmodernější vývoj.
