Energia przejawia się na różne sposoby i jest związana ze zdolnością do produkowania pracy
Zdjęcie Federico Beccari w Unsplash
Nie ma dokładnej definicji energii, ale w fizyce jest to niezwykle ważne pojęcie, które reprezentuje zdolność do wytwarzania pracy lub wykonywania czynności. Słowo to jest również używane w innych dziedzinach naukowych, takich jak biologia i chemia.
Energia odgrywa zasadniczą rolę we wszystkich dziedzinach życia, będąc najważniejszą wielkością fizyki. Istoty żywe są zależne od energii, aby przetrwać i pozyskać ją z pożywienia w postaci energii chemicznej. Ponadto organizmy otrzymują również energię ze słońca.
Ogólna zasada oszczędzania energii
W fizyce termin konserwacja odnosi się do czegoś, co się nie zmienia. Oznacza to, że zmienna równania, która reprezentuje wielkość zachowawczą, jest stała w czasie. Ponadto system ten mówi, że energia nie jest tracona, nie powstaje i nie można jej zniszczyć: po prostu się zmienia.
Jednostki mocy
Jednostką energii zdefiniowaną przez Międzynarodowy Układ Jednostek jest dżul (J), który definiuje się jako pracę wykonaną przez siłę Newtona przy przemieszczeniu o 1 metr. Jednak energię można również opisać w innych jednostkach:
- Kaloria (wapno): ilość energii potrzebna do podniesienia temperatury grama wody z 14,5 do 15,5 stopni Celsjusza. Jeden dżul to 0,24 kalorii;
- Kilowatogodzina (kWh): jest zwykle używana do pomiaru zużycia energii elektrycznej (1 kWh = 3,6. 106 J);
- BTU ( British Thermal Unit ): Brytyjska jednostka termiczna 1 BTU = 252,2 kalorii;
- Elektronowolt (eV): Jest to ilość energii kinetycznej uzyskiwanej przez pojedynczy elektron (elektron), gdy jest on przyspieszany przez różnicę potencjału elektrycznego o jeden wolt w próżni (1 eV = 1,6. 10–19 J).
Rodzaje energii
Energia jest unikalną ilością, ale w zależności od tego, jak się przejawia, otrzymuje różne nazwy. Dowiedz się więcej o głównych rodzajach energii w fizyce:
Energia kinetyczna
Energia kinetyczna jest związana ze stanem ruchu ciała. Ten rodzaj energii zależy od jego masy i modułu prędkości. Im większa prędkość ciała, tym większa energia kinetyczna. Kiedy ciało jest w spoczynku, to znaczy moduł prędkości wynosi zero, energia kinetyczna wynosi zero.
Energia potencjalna
Energia potencjalna jest związana z pozycją, jaką zajmuje ciało lub z deformacją układu sprężystego. W pierwszym przypadku energia potencjalna nazywana jest grawitacyjną energią potencjalną, podczas gdy w drugim przypadku jest to sprężysta energia potencjalna.
Potencjalna energia grawitacji zależy od masy, grawitacji i wysokości punktu, w którym ciało jest analizowane. Elastyczna energia potencjalna pochodzi ze stałej sprężystości i odkształcenia danej sprężyny.
Energia mechaniczna
Energia mechaniczna to energia, którą można przenieść za pomocą siły. Zasadniczo można to rozumieć jako sumę energii kinetycznej i potencjalnej ciała.
Energia mechaniczna pozostaje stała przy braku sił dyssypacyjnych, zachodzi tylko konwersja między jej kinetyczną i potencjalną formą.
Energia cieplna
Energia cieplna lub energia wewnętrzna jest definiowana jako suma energii kinetycznej i potencjalnej związanej z mikroskopijnymi elementami, z których składa się materia. Atomy i cząsteczki tworzące ciała wykazują przypadkowe ruchy translacji, rotacji i wibracji. Ten ruch nazywany jest mieszaniem termicznym. Zmiana energii cieplnej systemu zachodzi poprzez pracę lub ciepło.
Teoretycznie energia cieplna jest związana ze stopniem ruchu cząstek subatomowych. Im wyższa temperatura ciała, tym większa jego energia wewnętrzna. Kiedy dochodzi do kontaktu ciała o wyższej temperaturze lub ciała o niższej temperaturze, następuje wymiana ciepła.
Elektryczność
Energia elektryczna to energia wytwarzana z ładunków elektrycznych cząstek subatomowych. Ładunki podczas ruchu wytwarzają prąd elektryczny, tworząc to, co nazywamy elektrycznością.
Światło lub energia słoneczna
Energia świetlna jest tworzona przez szereg fal, które mogą zostać uchwycone przez oczy. Ponadto jest dostrzegany przez rośliny, które wykorzystują go w procesie fotosyntezy. Promienie światła, będące formą promieniowania elektromagnetycznego, docierają do naszych oczu, docierają do siatkówki i generują sygnał elektryczny, który wędruje przez nerwy do mózgu.
Może być przetwarzany na energię cieplną lub elektryczną i stosowany w różnych zastosowaniach. Dwa główne sposoby wykorzystania energii słonecznej to wytwarzanie energii elektrycznej i ogrzewanie wody za pomocą energii słonecznej. Do produkcji energii elektrycznej wykorzystywane są dwa systemy: heliotermiczny, w którym napromieniowanie zamieniane jest najpierw na energię cieplną, a później na energię elektryczną; i fotowoltaika, w której promieniowanie słoneczne jest bezpośrednio przekształcane w energię elektryczną.
Energia Dźwięku
Energia dźwięku jest przenoszona przez powietrze w wyniku ruchu molekularnego między dwoma lub więcej obiektami, powodując falę dźwiękową. Fala dźwiękowa składa się z regionów ściskania cząsteczek (cząsteczki bliskie, wyższe ciśnienie) i obszarów rozrzedzenia cząsteczek (cząsteczki odległe, niższe ciśnienie). Dźwięk może być wytwarzany, gdy dwa obiekty są w przeciwnych kierunkach lub, jeśli są w tym samym kierunku, mają różne prędkości.
Fale mowy i inne popularne dźwięki to złożone fale, wytwarzane przy wielu różnych częstotliwościach wibracji. Po dotarciu do ucha energia dźwiękowa zamieniana jest na sygnały elektryczne, które przez nerwy docierają do mózgu, dzięki czemu odbieramy dźwięk.
Energia nuklearna
Energia jądrowa to energia wytwarzana w elektrowniach termojądrowych. Zasada działania elektrowni termojądrowej polega na wykorzystaniu ciepła do wytwarzania energii elektrycznej. Ciepło pochodzi z podziału jądra atomów uranu na dwie części, w procesie zwanym rozszczepieniem jądrowym.
Promieniowanie jest szeroko stosowane w medycynie, promieniowaniu rentgenowskim, radioterapii, ale wiąże się również z negatywnymi skutkami, takimi jak bomby atomowe i odpady nuklearne.
