Енергията е това, което прави живота възможен не само на нашата планета, но и във Вселената. Въпреки това, тя може да бъде много различна. И така, топлина, звук, светлина, електричество, микровълни, калории са различни видове енергия. За всички процеси, протичащи около нас, това вещество е необходимо. Повечето от енергията, която съществува на Земята, получава от Слънцето, но има и други източници. Слънцето го пренася на нашата планета колкото 100 милиона от най-мощните електроцентрали биха произвеждали едновременно.
Какво е енергия?
Теорията, изложена от Алберт Айнщайн, изучава връзката между материята и енергията. Този велик учен успя да докаже способността на едно вещество да се превръща в друго. В същото време се оказа, че енергията е най-важният фактор в съществуването на телата, а материята е второстепенна.
Енергията е като цяло способността да се върши някаква работа. Тя е тази, която отстояваконцепцията за сила, способна да премести тяло или да му даде нови свойства. Какво означава терминът "енергия"? Физиката е фундаментална наука, на която са посветили живота си много учени от различни епохи и страни. Дори Аристотел използва думата "енергия", за да обозначи човешката дейност. В превод от гръцки език "енергия" е "дейност", "сила", "действие", "сила". За първи път тази дума се появява в трактат на гръцки учен, наречен "Физика".
В сега общоприетия смисъл, този термин е въведен от английския физик Томас Йънг. Това значимо събитие се случи през далечната 1807 г. През 50-те години на XIX век. английският механик Уилям Томсън е първият, който използва понятието "кинетична енергия", а през 1853 г. шотландският физик Уилям Ранкин въвежда термина "потенциална енергия".
Днес тази скаларна величина присъства във всички клонове на физиката. Това е единна мярка за различни форми на движение и взаимодействие на материята. С други думи, това е мярка за превръщането на една форма в друга.
Измервания и обозначения
Количеството енергия се измерва в джаули (J). Тази специална единица, в зависимост от вида на енергията, може да има различни обозначения, например:
- W е общата енергия на системата.
- Q - термичен.
- U – потенциал.
Видове енергия
В природата има много различни видове енергия. Основните са:
- механичен;
- електромагнитни;
- електрически;
- химически;
- термичен;
- ядрено (атомно).
Има и други видове енергия: светлина, звук, магнитна. През последните години все по-голям брой физици са склонни към хипотезата за съществуването на така наречената "тъмна" енергия. Всеки от изброените по-горе видове на това вещество има свои собствени характеристики. Например звуковата енергия може да се предава с помощта на вълни. Те допринасят за вибрацията на тъпанчетата в ухото на хора и животни, благодарение на което се чуват звуци. В хода на различни химични реакции се отделя енергията, необходима за живота на всички организми. Всяко гориво, храна, акумулатори, батерии са съхранението на тази енергия.
Нашата звезда дава на Земята енергия под формата на електромагнитни вълни. Само така може да преодолее просторите на Космоса. Благодарение на съвременните технологии, като слънчеви панели, можем да го използваме с най-голям ефект. Излишната неизползвана енергия се натрупва в специални съоръжения за съхранение на енергия. Наред с горните видове енергия, термални извори, реки, океански приливи и потоци, често се използват биогорива.
Механична енергия
Този вид енергия се изучава в клона на физиката, наречен "Механика". Обозначава се с буквата E. Измерва се в джаули (J). Каква е тази енергия? Физиката на механиката изучава движението на телата и тяхното взаимодействие едно с друго или с външни полета. В този случай енергията, дължаща се на движението на телата, се наричакинетична (означава се с Ek), а енергията, дължаща се на взаимодействието на тела или външни полета, се нарича потенциална (Ep). Сумата от движението и взаимодействието е общата механична енергия на системата.
Има общо правило за изчисляване на двата типа. За да се определи количеството енергия, е необходимо да се изчисли работата, необходима за прехвърляне на тялото от нулево състояние в това състояние. Освен това, колкото повече работа, толкова повече енергия ще има тялото в това състояние.
Разделяне на видовете според различни критерии
Има няколко вида споделяне на енергия. Според различни критерии тя се разделя на: външна (кинетична и потенциална) и вътрешна (механична, термична, електромагнитна, ядрена, гравитационна). Електромагнитната енергия от своя страна се дели на магнитна и електрическа, а ядрената енергия се разделя на енергията на слабите и силните взаимодействия.
Kinetic
Всяко движещо се тяло се отличава с наличието на кинетична енергия. Често се нарича така – шофиране. Енергията на тялото, което се движи, се губи, когато се забави. По този начин, колкото по-бърза е скоростта, толкова по-голяма е кинетичната енергия.
Когато движещо се тяло влезе в контакт с неподвижен обект, част от кинетичния се прехвърля на последния, привеждайки го в движение. Формулата на кинетичната енергия е както следва:
С думи тази формула може да се изрази по следния начин: кинетичната енергия на обект еполовината от произведението на неговата маса, умножено на квадрата на неговата скорост.
Потенциал
Този тип енергия се притежава от тела, които се намират в някакъв вид силово поле. И така, магнитното възниква, когато обект е под въздействието на магнитно поле. Всички тела на земята имат потенциална гравитационна енергия.
В зависимост от свойствата на обектите на изследване, те могат да имат различни видове потенциална енергия. И така, еластичните и еластични тела, които могат да се разтягат, имат потенциалната енергия на еластичност или напрежение. Всяко падащо тяло, което преди е било неподвижно, губи потенциал и придобива кинетично. В този случай стойността на тези два вида ще бъде еквивалентна. В гравитационното поле на нашата планета формулата за потенциална енергия ще изглежда така:
С думи тази формула може да се изрази по следния начин: потенциалната енергия на обект, взаимодействащ със Земята, е равна на произведението на неговата маса, ускорението на гравитацията и височината, на която се намира.
Тази скаларна стойност е характеристика на енергийния резерв на материална точка (тяло), разположена в потенциално силово поле и използвана за придобиване на кинетична енергия поради работата на силите на полето. Понякога се нарича координатна функция, която е термин в Лагранжиана на системата (функцията на Лагранж на динамична система). Тази система описва тяхното взаимодействие.
Потенциалната енергия е равна на нула заопределена конфигурация на тела, разположени в пространството. Изборът на конфигурация се определя от удобството на по-нататъшните изчисления и се нарича "нормализиране на потенциалната енергия".
Законът за запазване на енергията
Един от най-основните постулати на физиката е законът за запазване на енергията. Според него енергията не се появява отникъде и не изчезва никъде. Постоянно се променя от една форма в друга. С други думи, има само промяна в енергията. Така например химическата енергия на батерията на фенерчето се превръща в електрическа енергия, а от нея в светлина и топлина. Различни домакински уреди превръщат електрическата енергия в светлина, топлина или звук. Най-често крайният резултат от промяната е топлина и светлина. След това енергията отива в околното пространство.
Законът на енергията може да обясни много физически явления. Учените твърдят, че общият му обем във Вселената постоянно остава непроменен. Никой не може да създаде енергия наново или да я унищожи. Развивайки един от неговите видове, хората използват енергията на гориво, падаща вода, атом. В същото време една от формите му се превръща в друга.
През 1918 г. учените успяха да докажат, че законът за запазване на енергията е математическо следствие от транслационната симетрия на времето - стойността на спрегнатата енергия. С други думи, енергията се запазва поради факта, че законите на физиката не се различават в различни моменти.
Енергийни характеристики
Енергията е способността на тялото да върши работа. В затворенофизически системи, той се запазва през цялото време (докато системата е затворена) и е един от трите адитивни интеграла на движението, които запазват стойността по време на движение. Те включват: енергия, ъглов импулс, импулс. Въвеждането на понятието "енергия" е подходящо, когато физическата система е хомогенна във времето.
Вътрешна енергия на телата
Това е сумата от енергиите на молекулярните взаимодействия и топлинните движения на молекулите, които го изграждат. Тя не може да бъде измерена директно, защото е недвусмислена функция на състоянието на системата. Всеки път, когато дадена система се окаже в дадено състояние, нейната вътрешна енергия има своята присъща 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 първоначалното състояние.
Вътрешна енергия на газа
В допълнение към твърдите вещества, газовете също имат енергия. Представлява кинетичната енергия на топлинното (хаотично) движение на частиците на системата, които включват атоми, молекули, електрони, ядра. Вътрешната енергия на идеалния газ (математически модел на газ) е сумата от кинетичните енергии на неговите частици. Това взема предвид 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 енергийни ресурси. Най-често за енергия,необходими за осветлението и отоплението на домовете ни, работата на превозните средства и различни механизми, се използват изкопаеми въглеводороди като въглища, нефт и газ. Те са невъзобновяеми ресурси.
За съжаление, само малка част от енергията на нашата планета идва от възобновяеми ресурси като вода, вятър и слънце. Към днешна дата техният дял в енергийния сектор е само 5%. Други 3% хората получават под формата на ядрена енергия, произведена в атомни електроцентрали.
Невъзобновяемите ресурси имат следните резерви (в джаули):
- ядрена енергия - 2 x 1024;
- енергия на газ и петрол – 2 x 10 23;
- вътрешна топлина на планетата - 5 x 1020.
Годишна стойност на възобновяемите ресурси на Земята:
- слънчева енергия - 2 x 1024;
- вятър - 6 x 1021;
- реки - 6, 5 x 1019;
- морски приливи - 2,5 x 1023.
Само при навременен преход от използването на невъзобновяеми енергийни резерви на Земята към възобновяеми, човечеството има шанс за дълго и щастливо съществуване на нашата планета. За да внедрят авангардни разработки, учените по целия свят продължават внимателно да изучават различните свойства на енергията.
