Energija je ono što čini život mogućim ne samo na našoj planeti, već i u Svemiru. Međutim, može biti vrlo različito. Dakle, toplina, zvuk, svjetlost, struja, mikrovalne pećnice, kalorije su različite vrste energije. Za sve procese koji se odvijaju oko nas ova je tvar neophodna. Većina energije koja postoji na Zemlji dobiva od Sunca, ali postoje i drugi izvori. Sunce ga prenosi na naš planet čak 100 milijuna najmoćnijih elektrana koje bi proizvele u isto vrijeme.
Što je energija?
Teorija koju je iznio Albert Einstein proučava odnos između materije i energije. Ovaj veliki znanstvenik uspio je dokazati sposobnost jedne tvari da se pretvori u drugu. Istovremeno se pokazalo da je energija najvažniji faktor u postojanju tijela, a materija sekundarna.
Energija je, uglavnom, sposobnost obavljanja nekog posla. Ona je ta koja se zalažepojam sile sposobne pomaknuti tijelo ili mu dati nova svojstva. Što znači pojam "energija"? Fizika je temeljna znanost kojoj su živote posvetili mnogi znanstvenici iz različitih epoha i zemalja. Čak je i Aristotel koristio riječ "energija" za ljudsku aktivnost. U prijevodu s grčkog jezika "energija" je "aktivnost", "snaga", "akcija", "moć". Prvi put se ova riječ pojavila u raspravi grčkog znanstvenika pod nazivom "Fizika".
U sada općeprihvaćenom smislu, ovaj izraz je skovao engleski fizičar Thomas Young. Ovaj značajan događaj zbio se davne 1807. godine. U 50-im godinama XIX stoljeća. engleski mehaničar William Thomson prvi je upotrijebio koncept "kinetičke energije", a 1853. škotski fizičar William Rankin uveo je izraz "potencijalna energija".
Danas je ova skalarna veličina prisutna u svim granama fizike. To je jedinstvena mjera raznih oblika kretanja i interakcije tvari. Drugim riječima, to je mjera transformacije jednog oblika u drugi.
Mjerenja i oznake
Količina energije se mjeri u džulima (J). Ova posebna jedinica, ovisno o vrsti energije, može imati različite oznake, na primjer:
- W je ukupna energija sustava.
- Q - termalni.
- U – potencijal.
Vrste energije
U prirodi postoji mnogo različitih vrsta energije. Glavni su:
- mehanički;
- elektromagnetski;
- električni;
- kemijska;
- termalni;
- nuklearni (atomski).
Postoje i druge vrste energije: svjetlosna, zvučna, magnetska. Posljednjih godina sve je veći broj fizičara sklon hipotezi o postojanju takozvane "tamne" energije. Svaka od prethodno navedenih vrsta ove tvari ima svoje karakteristike. Na primjer, zvučna energija može se prenijeti pomoću valova. Oni doprinose vibraciji bubnjića u uhu ljudi i životinja, zahvaljujući čemu se mogu čuti zvukovi. Tijekom raznih kemijskih reakcija oslobađa se energija potrebna za život svih organizama. Bilo koje gorivo, hrana, akumulatori, baterije su skladište ove energije.
Naša zvijezda daje Zemlji energiju u obliku elektromagnetskih valova. Samo na taj način može prevladati prostranstva Kozmosa. Zahvaljujući suvremenoj tehnologiji, kao što su solarni paneli, možemo je maksimalno iskoristiti. Višak neiskorištene energije akumulira se u posebnim skladištima energije. Uz navedene vrste energije, termalne izvore, rijeke, oceanske oseke i tokove, često se koriste biogoriva.
Mehanička energija
Ova vrsta energije proučava se u grani fizike koja se zove "Mehanika". Označava se slovom E. Mjeri se u džulima (J). Kakva je to energija? Fizika mehanike proučava gibanje tijela i njihovu interakciju međusobno ili s vanjskim poljima. U tom slučaju se naziva energija zbog gibanja tijelakinetička (označuje se s Ek), a energija zbog međudjelovanja tijela ili vanjskih polja naziva se potencijalna (Ep). Zbroj kretanja i interakcije je ukupna mehanička energija sustava.
Postoji opće pravilo za izračun obje vrste. Za određivanje količine energije potrebno je izračunati rad potreban za prelazak tijela iz nultog stanja u ovo stanje. Štoviše, što više rada, to će tijelo imati više energije u ovom stanju.
Razdvajanje vrsta prema različitim kriterijima
Postoji nekoliko vrsta dijeljenja energije. Prema različitim kriterijima dijeli se na: vanjske (kinetičke i potencijalne) i unutarnje (mehaničke, toplinske, elektromagnetske, nuklearne, gravitacijske). Elektromagnetska energija se pak dijeli na magnetsku i električnu, a nuklearna energija na energiju slabih i jakih interakcija.
kinetički
Sva tijela koja se kreću razlikuju se po prisutnosti kinetičke energije. Često se tako zove – vožnja. Energija tijela koje se kreće gubi se kada usporava. Dakle, što je brzina veća, veća je kinetička energija.
Kada tijelo u pokretu dođe u dodir s nepokretnim objektom, dio kinetičkog se prenosi na potonji, dovodeći ga u pokret. Formula kinetičke energije je sljedeća:
Riječima se ova formula može izraziti na sljedeći način: kinetička energija objekta jepolovica umnožaka njegove mase pomnožena kvadratom njegove brzine.
Potencijal
Ovu vrstu energije posjeduju tijela koja se nalaze u nekoj vrsti polja sile. Dakle, magnet se javlja kada je predmet pod utjecajem magnetskog polja. Sva tijela na Zemlji imaju potencijalnu gravitacijsku energiju.
Ovisno o svojstvima predmeta proučavanja, oni mogu imati različite vrste potencijalne energije. Dakle, elastična i elastična tijela koja se mogu rastezati imaju potencijalnu energiju elastičnosti ili napetosti. Svako padajuće tijelo koje je prije bilo nepomično gubi potencijal i dobiva kinetičko. U ovom slučaju, vrijednost ove dvije vrste bit će ekvivalentna. U gravitacijskom polju našeg planeta formula potencijalne energije će izgledati ovako:
Riječima se ova formula može izraziti na sljedeći način: potencijalna energija objekta koji komunicira sa Zemljom jednaka je umnošku njegove mase, ubrzanja gravitacije i visine na kojoj se nalazi.
Ova skalarna vrijednost je karakteristika rezerve energije materijalne točke (tijela) koja se nalazi u polju potencijalne sile i koristi se za stjecanje kinetičke energije zbog rada sila polja. Ponekad se naziva koordinatna funkcija, što je pojam u Langrangianu sustava (Lagrangeova funkcija dinamičkog sustava). Ovaj sustav opisuje njihovu interakciju.
Potencijalna energija je jednaka nuli zaodređena konfiguracija tijela smještenih u prostoru. Izbor konfiguracije određen je praktičnošću daljnjih izračuna i naziva se "normalizacija potencijalne energije".
Zakon održanja energije
Jedan od najosnovnijih postulata fizike je zakon održanja energije. Prema njegovim riječima, energija se ne pojavljuje niotkuda i nigdje ne nestaje. Neprestano se mijenja iz jednog oblika u drugi. Drugim riječima, postoji samo promjena u energiji. Tako se, primjerice, kemijska energija baterije baterijske svjetiljke pretvara u električnu energiju, a iz nje u svjetlo i toplinu. Razni kućanski aparati pretvaraju električnu energiju u svjetlo, toplinu ili zvuk. Najčešće su krajnji rezultat promjene toplina i svjetlost. Nakon toga energija odlazi u okolni prostor.
Zakon energije može objasniti mnoge fizičke pojave. Znanstvenici tvrde da njegov ukupni volumen u svemiru stalno ostaje nepromijenjen. Nitko ne može iznova stvoriti energiju ili je uništiti. Razvijajući jednu od njegovih vrsta, ljudi koriste energiju goriva, padajuće vode, atoma. U isto vrijeme, jedan od njegovih oblika prelazi u drugi.
Godine 1918. znanstvenici su uspjeli dokazati da je zakon održanja energije matematička posljedica translacijske simetrije vremena - vrijednosti konjugirane energije. Drugim riječima, energija se čuva zbog činjenice da se zakoni fizike ne razlikuju u različito vrijeme.
Energetske značajke
Energija je sposobnost tijela da radi. U zatvorenomfizičkih sustava, on se čuva kroz cijelo vrijeme (dok je sustav zatvoren) i jedan je od tri aditivna integrala gibanja koji čuvaju vrijednost tijekom gibanja. To uključuje: energiju, kutnu količinu gibanja, količinu gibanja. Uvođenje koncepta "energije" prikladno je kada je fizički sustav homogen u vremenu.
Unutarnja energija tijela
To je zbroj energija molekularnih interakcija i toplinskih gibanja molekula koje ga čine. Ne može se izravno mjeriti jer je nedvosmislena funkcija stanja sustava. Kad god se sustav nađe u danom stanju, njegova unutarnja energija ima svoju inherentnu vrijednost, bez obzira na povijest postojanja sustava. Promjena unutarnje energije tijekom prijelaza iz jednog fizičkog stanja u drugo uvijek je jednaka razlici njezinih vrijednosti u konačnom i početnom stanju.
Unutarnja energija plina
Pored krutih tvari, plinovi također imaju energiju. Predstavlja kinetičku energiju toplinskog (kaotičnog) gibanja čestica sustava, koje uključuju atome, molekule, elektrone, jezgre. Unutarnja energija idealnog plina (matematički model plina) je zbroj kinetičkih energija njegovih čestica. Ovo uzima u obzir broj stupnjeva slobode, što je broj nezavisnih varijabli koje određuju položaj molekule u prostoru.
Potrošnja energije
Svake godine čovječanstvo troši sve više energetskih resursa. Najčešće za energiju,potrebni za rasvjetu i grijanje naših domova, rad vozila i raznih mehanizama, koriste se fosilni ugljikovodici poput ugljena, nafte i plina. Oni su neobnovljivi resursi.
Nažalost, samo mali djelić energije našeg planeta dolazi iz obnovljivih izvora kao što su voda, vjetar i sunce. Do danas je njihov udio u energetskom sektoru samo 5%. Još 3% ljudi prima u obliku nuklearne energije proizvedene u nuklearnim elektranama.
Neobnovljivi resursi imaju sljedeće rezerve (u džulima):
- nuklearna energija - 2 x 1024;
- energija plina i nafte – 2 x 10 23;
- unutarnja toplina planeta - 5 x 1020.
Godišnja vrijednost Zemljinih obnovljivih izvora:
- solarna energija - 2 x 1024;
- vjetar - 6 x 1021;
- rijeke - 6, 5 x 1019;
- morske oseke - 2,5 x 1023.
Samo uz pravovremeni prijelaz s korištenja neobnovljivih zaliha energije Zemlje na obnovljive, čovječanstvo ima šansu za dugo i sretno postojanje na našem planetu. Kako bi implementirali vrhunska dostignuća, znanstvenici diljem svijeta nastavljaju pažljivo proučavati različita svojstva energije.
