אנרגיה היא מה שעושה את החייםלא רק על הפלנטה שלנו, אלא גם על היקום. עם זאת, זה יכול להיות שונה מאוד. אז, חום, קול, אור, חשמל, מיקרוגל, קלוריות מייצגים סוגים שונים של אנרגיה. עבור כל התהליכים המתרחשים סביבנו, החומר הזה נחוץ. רוב האנרגיה על כדור הארץ מתקבלת מהשמש, אך ישנם מקורות אחרים. השמש מעבירה אותו לכוכב הלכת שלנו, כמו שיביא 100 מיליון תחנות כוח רבות עוצמה.

אנרגיה היא

מהי אנרגיה?

בתיאוריה שהציג אלברט איינשטיין,נבדק הקשר בין החומר לאנרגיה. מדען גדול זה היה מסוגל להוכיח את היכולת של חומר אחד להפוך אחר. נמצא כי האנרגיה היא הגורם החשוב ביותר בקיומם של גופים, והחומר הוא משני.

אנרגיה היא, במידה רבה, את היכולתלבצע איזה עבודה. היא היא שעומדת על מושג הכוח, המסוגל להזיז את הגוף או לתת לו תכונות חדשות. מה פירוש המונח "אנרגיה"? הפיזיקה היא המדע הבסיסי, כי מדענים רבים של עידנים שונים ומדינות הקדישו את חייהם. אריסטו השתמש במילה "אנרגיה" כדי להתייחס לפעילות האנושית. בתרגום מהשפה היוונית, "אנרגיה" היא "פעילות", "כוח", "פעולה", "כוח". הפעם הראשונה שהופיעה מילה זו במסכת המדען-יווני תחת השם "פיסיקה".

במובן המקובל, מונח זה היההוצג על ידי הפיסיקאי האנגלי תומס יונג. אירוע משמעותי זה התרחש בשנת 1807 הרחוקה. בשנות החמישים של המאה ה XIX. אנגלית מכונאי ויליאם תומסון הראשון השתמשו במושג "אנרגיה קינטית", וב -1853 הפיזיקאי הסקוטי ויליאם רנקין הציג את המונח "אנרגיה פוטנציאלית".

כיום, כמות סקלרית זו קיימתכל ענפי הפיסיקה. זהו מדד יחיד של צורות שונות של תנועה ואינטראקציה של החומר. במילים אחרות, זהו מדד של הפיכת צורה אחת לאחרת.

אנרגיה (פיזיקה)

יחידות וסמלים

כמות האנרגיה נמדדת בג 'אול (J). יחידה מיוחדת זו, בהתאם לסוג האנרגיה, יכולה להיות בעלת ייעודים שונים, לדוגמה:

  • W היא האנרגיה הכוללת של המערכת.
  • Q הוא תרמי.
  • U הוא פוטנציאל.

סוגי אנרגיה

בטבע, ישנם סוגים רבים של אנרגיה. אלה העיקריים הם:

  • מכני;
  • אלקטרומגנטית;
  • חשמלי;
  • כימיקלים
  • תרמית;
  • גרעיני (אטומי).

ישנם סוגים אחרים של אנרגיה: אור, קול, מגנטי. בשנים האחרונות, מספר גדל והולך של פיסיקאים נוטים להיפותזה של קיומה של אנרגיה "כהה" כביכול. לכל אחד מהמינים המפורטים לעיל של חומר זה יש מאפיינים משלו. לדוגמה, האנרגיה של קול יכול להיות מועבר על ידי גלים. הם תורמים את הופעתה של רטט של עור התוף באוזן של אנשים ובעלי חיים, בזכות אשר ניתן לשמוע קולות. במהלך תגובות כימיות שונות, האנרגיה הדרושה לפעילות החיונית של כל האורגניזמים משתחררת. כל דלק, מזון, סוללות, סוללות הם מחסן של אנרגיה זו.

המאור שלנו נותן את אנרגיית כדור הארץ בצורה שלגלים אלקטרומגנטיים. רק בדרך זו הוא יכול להתגבר על המרחבים של הקוסמוס. בזכות טכנולוגיות מודרניות, כגון פאנלים סולאריים, אנו יכולים להשתמש בו עם ההשפעה הגדולה ביותר. עודף של אנרגיה בלתי מנוצלת נצבר במתקני אחסון אנרגיה מיוחדים. יחד עם סוגים לעיל של אנרגיה, מעיינות תרמיים, נהרות, גאות ושפל של האוקיינוס, דלק ביולוגי משמשים לעתים קרובות.

חוק האנרגיה

אנרגיה מכנית

סוג זה של אנרגיה נלמד בסעיף בפיסיקה,המכונה "מכניקה". זה מיועד על ידי האות E. המדידה שלה מתבצעת joules (J). מה זה האנרגיה? פיזיקה של מכניקה בוחנת את תנועת הגופים ואת האינטראקציה שלהם זה עם זה או עם שדות חיצוניים. במקרה זה, האנרגיה עקב תנועת הגופים נקראת האנרגיה הקינטית (מסומנת על ידי Ek), והאנרגיה עקב האינטראקציה של גופים או שדות חיצוניים נקראת אנרגיה פוטנציאלית (En). סכום התנועה ואינטראקציה הוא האנרגיה המכנית הכוללת של המערכת.

יש כלל לחישוב שני הסוגים. כדי לקבוע את כמות האנרגיה, לחשב את העבודה הדרושים כדי להעביר את הגוף ממצב אפס למצב זה. במקרה זה, ככל העבודה, יותר אנרגיה הגוף יהיה במצב זה.

הפרדת מינים על ידי דמויות שונות

ישנם מספר סוגים של שיתוף אנרגיה. על פי סימנים שונים, הוא מחולק: חיצוני (קינטי ופוטנציאלי) ופנימי (מכני, תרמי, אלקטרומגנטי, גרעיני, כבידה). האנרגיה האלקטרומגנטית, בתורו, מחולקת לאנרגיה מגנטית וחשמלית, והאנרגיה הגרעינית מחולקת לאנרגיה של אינטראקציה חלשה וחזקה.

קינטית

כל גופים נעים נבדלים על ידי נוכחותאנרגיה קינטית. זה נקרא לעתים קרובות נהיגה. האנרגיה של הגוף שנעה נעלמת כאשר הוא מאט. לכן, מהר יותר את המהירות, כך גדול יותר את האנרגיה הקינטית.

שינוי אנרגיה

כאשר הגוף הנע מגיע במגע עם חפץ נייח, האחרון מועבר לחלק הקינטי, המוביל לתנועה. נוסחת האנרגיה הקינטית היא כדלקמן:

  • הpost = mv2: 2,
    כאשר m הוא מסת הגוף, V הוא מהירות התנועה של הגוף.

במילים, נוסחה זו יכולה לבוא לידי ביטוי כדלקמן: האנרגיה הקינטית של האובייקט שווה למחצית התוצר של המסה לכל ריבוע מהירותה.

פוטנציאל

סוג זה של אנרגיה יש גופיםנמצאים בתחום כוח כלשהו. לכן, המגנטי מתעוררת כאשר האובייקט נמצא תחת השפעת שדה מגנטי. לכל הגופים על פני כדור הארץ יש כוח כבידה פוטנציאלי.

בהתאם למאפיינים של אובייקטים של המחקר, הםיכול להיות סוגים שונים של אנרגיה פוטנציאלית. אז, גופים אלסטיים וגמישים המסוגלים למתוח יש פוטנציאל האנרגיה של גמישות או מתח. כל גוף נופל שהיה בעבר ללא תנועה, מאבד פוטנציאל ורוכש קינטי. במקרה זה את גודל שני אלה מינים יהיה שווה. בשדה הכבידה של כוכב הלכת שלנו, הנוסחה הפוטנציאלית של האנרגיה תהיה בצורתה הבאה:

  • הn = mhg,
    שם m הוא מסת הגוף; h הוא גובה מרכז המסה של הגוף מעל רמת האפס; ז - תאוצה של כוח הכבידה.

במילים, נוסחה זו יכולה לבוא לידי ביטוי כדלקמן: האנרגיה הפוטנציאלית של אובייקט המקיים אינטראקציה עם כדור הארץ שווה לתוצר המסה שלו, האצת הנפילה החופשית והגובה שבו הוא נמצא.

כמות סקלרית זו היא מאפייןשמורת האנרגיה של נקודת חומר (גוף) הממוקם בתחום כוח פוטנציאלי הולך לרכוש אנרגיה קינטית עקב העבודה של כוחות שדה. לפעמים זה נקרא פונקציה קואורדינטות, שהוא מונח Lagrangian של המערכת (הפונקציה Lagrange של המערכת הדינמית). מערכת זו מתארת ​​את האינטראקציה שלהם.

האנרגיה הפוטנציאלית שווה לאפס עבורתצורה מסוימת של גופים הנמצאים בחלל. בחירת התצורה נקבעת על ידי הנוחות של חישובים נוספים והיא נקראת "נורמליזציה של האנרגיה הפוטנציאלית".

אנרגיה של גז

חוק שימור אנרגיה

אחד הבסיסיים הבסיסיים ביותר של הפיזיקההוא חוק שימור האנרגיה. בהתאם לכך, אנרגיה אינה נובעת מכל מקום ואינה נעלמת בשום מקום. היא כל הזמן עוברת מצורה אחת לאחרת. במילים אחרות, רק האנרגיה משתנה. כך, למשל, האנרגיה הכימית של סוללת הפנס מומרת לחשמל, וממנה - אל האור והחום. מכשירי חשמל ביתיים שונים הופכים לחשמל לאור, חום או קול. לרוב, התוצאה הסופית של השינוי היא חום ואור. לאחר מכן, אנרגיה נכנסת לחלל הסובב.

חוק האנרגיה יכול להסביר רביםתופעות פיזיות. מדענים טוענים כי הנפח הכולל של היקום הוא ללא שינוי. אף אחד לא יכול ליצור אנרגיה מחדש או להרוס. פיתוח אחד המינים שלה, אנשים משתמשים באנרגיה של דלק, מים נופלים, האטום. עם זאת, אחד הצורות שלה הופך אחר.

בשנת 1918 מדענים הצליחו להוכיח כי חוק שימור האנרגיה הוא תוצאה מתמטית של הסימטריה הטרנסלציונית של הזמן - הערך של האנרגיה הצמודה. במילים אחרות, האנרגיה נשמרת משום שחוקי הפיסיקה אינם שונים זה מזה בזמנים שונים.

פורמולה של אנרגיה

תכונות אנרגיה

אנרגיה היא היכולת של הגוף לעשות עבודה. במערכות פיזיות סגורות, היא נשמרת לאורך כל הזמן (כל עוד המערכת סגורה) ומייצגת את אחד משלושת האינטגראלים המשולבים של התנועה ששומרים על הגודל במהלך התנועה. אלה כוללים: אנרגיה, מומנטום, מומנטום. מבוא של המושג "אנרגיה" מומלץ כאשר המערכת הפיזית היא הומוגנית בזמן.

אנרגיה פנימית של גופים

זהו סכום האנרגיות המולקולריותאינטראקציות ותנועות תרמיות של המולקולות המרכיבות אותו. זה לא ניתן למדוד ישירות, שכן היא פונקציה אחת מוערך של מצב המערכת. תמיד, כאשר המערכת נמצאת במצב נתון, האנרגיה הפנימית שלה יש ערך פנימי שלה, ללא תלות בהיסטוריה של הקיום של המערכת. השינוי באנרגיה הפנימית במהלך המעבר ממצב פיזי אחד למשנהו תמיד שווה להפרש בין ערכיו במצב הסופי והראשוני.

שימוש באנרגיה

אנרגיה פנימית של גז

בנוסף מוצקים, אנרגיה יש גם גזים. הוא מייצג את האנרגיה הקינטית של התנועה התרמית (כאוטית) של חלקיקי המערכת, הכוללת אטומים, מולקולות, אלקטרונים וגרעינים. האנרגיה הפנימית של גז אידיאלי (המודל המתמטי של גז) הוא הסכום של האנרגיות הקינטיות של חלקיקים. זה לוקח בחשבון את מספר דרגות החופש, שהוא מספר משתנים בלתי תלויים שקובעים את המיקום של המולקולה בחלל.

שימוש באנרגיה

מדי שנה האנושות צורכת הכליותר משאבי אנרגיה. לעתים קרובות, דלקים מאובנים כגון פחם, נפט וגז משמשים כדי לייצר את האנרגיה הדרושה כדי להאיר חום הבתים שלנו, כלי עבודה ומנגנונים שונים. הם מתייחסים למשאבים שאינם מתחדשים.

למרבה הצער, רק חלק קטן של האנרגיהמופק על כדור הארץ שלנו בעזרת משאבים מתחדשים, כגון מים, רוח השמש. נכון להיום, חלקם במשק האנרגיה הוא רק 5%. עוד 3% של אנשים מקבלים בצורה של אנרגיה גרעינית המיוצר על תחנות כוח גרעיניות.

למשאבים שאינם מתחדשים יש את הרזרבות הבאות (בג'ול):

  • אנרגיה גרעינית - 2 x 1024;
  • אנרגיה של גז ושמן - 2 x 10 23;
  • פנימי את החום של כדור הארץ - 5 x 1020.

הערך השנתי של משאבים מתחדשים של כדור הארץ:

  • אנרגיית השמש - 2 x 1024;
  • רוח - 6 x 1021;
  • נהרות - 6.5 x 1019;
  • ים גאות - 2,5 х 1023.

רק עם המעבר בזמן מהשימוש של משאבי אנרגיה מתחדשת של כדור הארץ לאנושות מתחדשת יש סיכוי לקיום ארוך ומאושר על הפלנטה שלנו. כדי ליישם את ההתפתחויות המתקדמות, מדענים ברחבי העולם ממשיכים לבחון היטב את התכונות המגוונות של אנרגיה.