Energia je to, čo umožňuje život nielen na našej planéte, ale aj vo vesmíre. Môže to byť však veľmi odlišné. Takže teplo, zvuk, svetlo, elektrina, mikrovlny, kalórie sú rôzne druhy energie. Pre všetky procesy prebiehajúce okolo nás je táto látka nevyhnutná. Väčšina energie, ktorá existuje na Zemi, získava zo Slnka, ale existujú aj iné zdroje. Slnko ho prenáša na našu planétu až 100 miliónov najvýkonnejších elektrární, ktoré by súčasne vyprodukovali.
Čo je energia?
Teória, ktorú predložil Albert Einstein, študuje vzťah medzi hmotou a energiou. Tento veľký vedec dokázal dokázať schopnosť jednej látky premeniť sa na druhú. Zároveň sa ukázalo, že energia je najdôležitejším faktorom existencie telies a hmota je sekundárna.
Energia je vo všeobecnosti schopnosť robiť nejakú prácu. Ona je tá, ktorá stojí zapojem sily schopnej pohybovať telesom alebo mu dať nové vlastnosti. Čo znamená pojem „energia“? Fyzika je základná veda, ktorej zasvätili svoj život mnohí vedci z rôznych období a krajín. Dokonca aj Aristoteles použil slovo „energia“na označenie ľudskej činnosti. V preklade z gréckeho jazyka je „energia“„aktivita“, „sila“, „akcia“, „sila“. Prvýkrát sa toto slovo objavilo v pojednaní gréckeho vedca s názvom „Fyzika“.
V dnes už všeobecne akceptovanom zmysle tento termín vymyslel anglický fyzik Thomas Young. Táto významná udalosť sa stala v roku 1807. V 50-tych rokoch XIX storočia. anglický mechanik William Thomson ako prvý použil pojem „kinetická energia“a v roku 1853 škótsky fyzik William Rankin zaviedol pojem „potenciálna energia“.
Dnes je táto skalárna veličina prítomná vo všetkých odvetviach fyziky. Je to jediná miera rôznych foriem pohybu a interakcie hmoty. Inými slovami, je to miera premeny jednej formy na inú.
Rozmery a označenia
Množstvo energie sa meria v jouloch (J). Táto špeciálna jednotka môže mať v závislosti od typu energie rôzne označenia, napríklad:
- W je celková energia systému.
- Q – termálne.
- U – potenciál.
Druhy energie
V prírode existuje veľa rôznych druhov energie. Hlavné sú:
- mechanické;
- elektromagnetické;
- elektrický;
- chemical;
- termálne;
- jadrový (atómový).
Existujú aj iné druhy energie: svetlo, zvuk, magnetická. V posledných rokoch sa čoraz viac fyzikov prikláňa k hypotéze o existencii takzvanej „temnej“energie. Každý z vyššie uvedených typov tejto látky má svoje vlastné charakteristiky. Napríklad zvuková energia sa môže prenášať pomocou vĺn. Prispievajú k vibrácii ušného bubienka v uchu ľudí a zvierat, vďaka čomu je počuť zvuky. V priebehu rôznych chemických reakcií sa uvoľňuje energia potrebná pre život všetkých organizmov. Akékoľvek palivo, jedlo, akumulátory, batérie sú úložiskom tejto energie.
Naša hviezda dáva Zemi energiu vo forme elektromagnetických vĺn. Len tak môže prekonať rozlohy Kozmu. Vďaka moderným technológiám, akými sú solárne panely, to vieme využiť maximálne. Prebytočná nevyužitá energia sa akumuluje v špeciálnych zariadeniach na skladovanie energie. Spolu s vyššie uvedenými druhmi energie, termálnymi prameňmi, riekami, oceánskymi prílivmi a tokmi sa často používajú biopalivá.
Mechanická energia
Tento druh energie sa študuje v odbore fyziky zvanom "Mechanika". Označuje sa písmenom E. Meria sa v jouloch (J). Čo je to za energiu? Fyzika mechaniky študuje pohyb telies a ich vzájomné pôsobenie alebo interakciu s vonkajšími poľami. V tomto prípade sa nazýva energia v dôsledku pohybu telieskinetická (označuje sa Ek) a energia spôsobená interakciou telies alebo vonkajších polí sa nazýva potenciál (Ep). Súčet pohybu a interakcie je celková mechanická energia systému.
Na výpočet oboch typov existuje všeobecné pravidlo. Na určenie množstva energie je potrebné vypočítať prácu potrebnú na presun telesa z nulového stavu do tohto stavu. Navyše, čím viac práce, tým viac energie bude mať telo v tomto stave.
Separácia druhov podľa rôznych kritérií
Existuje niekoľko druhov zdieľania energie. Podľa rôznych kritérií sa delí na: vonkajšie (kinetické a potenciálne) a vnútorné (mechanické, tepelné, elektromagnetické, jadrové, gravitačné). Elektromagnetická energia sa zase delí na magnetickú a elektrickú a jadrová energia sa delí na energiu slabých a silných interakcií.
Kinetic
Akékoľvek pohybujúce sa telesá sa vyznačujú prítomnosťou kinetickej energie. Často sa tomu hovorí – šoférovanie. Energia telesa, ktoré sa pohybuje, sa pri spomalení stráca. Čím vyššia je rýchlosť, tým väčšia je kinetická energia.
Keď sa pohybujúce sa teleso dostane do kontaktu so stacionárnym objektom, časť kinetického sa prenesie na nehybný objekt a uvedie ho do pohybu. Vzorec kinetickej energie je nasledujúci:
Slová, tento vzorec možno vyjadriť takto: kinetická energia objektu jepolovica súčinu jeho hmotnosti krát druhá mocnina jeho rýchlosti.
Potenciálny
Tento typ energie majú telá, ktoré sú v nejakom silovom poli. Magnetické nastáva, keď je objekt pod vplyvom magnetického poľa. Všetky telesá na Zemi majú potenciálnu gravitačnú energiu.
V závislosti od vlastností predmetov štúdia môžu mať rôzne typy potenciálnej energie. Takže elastické a elastické telesá, ktoré sú schopné sa natiahnuť, majú potenciálnu energiu pružnosti alebo napätia. Každé padajúce telo, ktoré bolo predtým nehybné, stráca potenciál a nadobúda kinetické vlastnosti. V tomto prípade bude hodnota týchto dvoch typov ekvivalentná. V gravitačnom poli našej planéty bude vzorec potenciálnej energie vyzerať takto:
Slová, tento vzorec možno vyjadriť takto: potenciálna energia objektu interagujúceho so Zemou sa rovná súčinu jeho hmotnosti, gravitačného zrýchlenia a výšky, v ktorej sa nachádza.
Táto skalárna hodnota je charakteristikou energetickej rezervy hmotného bodu (telesa) nachádzajúceho sa v potenciálnom silovom poli a používanej na získanie kinetickej energie v dôsledku pôsobenia síl poľa. Niekedy sa to nazýva súradnicová funkcia, čo je termín v Langrangiáne systému (Lagrangeova funkcia dynamického systému). Tento systém popisuje ich interakciu.
Potenciálna energia sa rovná nuleurčitá konfigurácia telies umiestnených v priestore. Voľba konfigurácie je určená vhodnosťou ďalších výpočtov a nazýva sa „normalizácia potenciálnej energie“.
Zákon zachovania energie
Jedným z najzákladnejších postulátov fyziky je zákon zachovania energie. Energia sa podľa neho odnikiaľ neobjavuje a nikam nemizne. Neustále sa mení z jednej formy do druhej. Inými slovami, dochádza len k zmene energie. Takže napríklad chemická energia batérie baterky sa premieňa na elektrickú energiu az nej na svetlo a teplo. Rôzne domáce spotrebiče premieňajú elektrickú energiu na svetlo, teplo alebo zvuk. Konečným výsledkom zmeny je najčastejšie teplo a svetlo. Potom energia prechádza do okolitého priestoru.
Zákon energie môže vysvetliť mnoho fyzikálnych javov. Vedci tvrdia, že jeho celkový objem vo vesmíre zostáva neustále nezmenený. Nikto nemôže vytvoriť energiu nanovo alebo ju zničiť. Pri vývoji jedného z jeho typov ľudia využívajú energiu paliva, padajúcej vody, atómu. Zároveň sa jedna z jeho foriem mení na inú.
V roku 1918 vedci dokázali, že zákon zachovania energie je matematickým dôsledkom translačnej symetrie času – hodnoty konjugovanej energie. Inými slovami, energia sa šetrí vďaka skutočnosti, že fyzikálne zákony sa v rôznych časoch nelíšia.
Energetické vlastnosti
Energia je schopnosť tela vykonávať prácu. V uzavretomfyzikálnych systémov, je zachovaný počas celého času (pokiaľ je systém uzavretý) a je jedným z troch aditívnych integrálov pohybu, ktoré zachovávajú hodnotu počas pohybu. Patria sem: energia, moment hybnosti, moment hybnosti. Zavedenie pojmu „energia“je vhodné, keď je fyzikálny systém v čase homogénny.
Vnútorná energia tiel
Je to súčet energií molekulárnych interakcií a tepelných pohybov molekúl, ktoré ho tvoria. Nedá sa merať priamo, pretože je to jednoznačná funkcia stavu systému. Kedykoľvek sa systém ocitne v danom stave, jeho vnútorná energia má svoju inherentnú hodnotu, bez ohľadu na históriu existencie systému. Zmena vnútornej energie počas prechodu z jedného fyzického stavu do druhého sa vždy rovná rozdielu medzi jej hodnotami v konečnom a počiatočnom stave.
Vnútorná energia plynu
Okrem pevných látok majú energiu aj plyny. Predstavuje kinetickú energiu tepelného (chaotického) pohybu častíc systému, medzi ktoré patria atómy, molekuly, elektróny, jadrá. Vnútorná energia ideálneho plynu (matematický model plynu) je súčtom kinetických energií jeho častíc. Toto berie do úvahy počet stupňov voľnosti, čo je počet nezávislých premenných, ktoré určujú polohu molekuly v priestore.
Spotreba energie
Ľudstvo každým rokom spotrebuje viac a viac energetických zdrojov. Najčastejšie za energiu,potrebné na osvetlenie a vykurovanie našich domovov, prevádzku vozidiel a rôznych mechanizmov, využívajú sa fosílne uhľovodíky ako uhlie, ropa a plyn. Sú to neobnoviteľné zdroje.
Bohužiaľ, len nepatrný zlomok energie našej planéty pochádza z obnoviteľných zdrojov, akými sú voda, vietor a slnko. K dnešnému dňu je ich podiel v energetickom sektore len 5 %. Ďalšie 3 % ľudia dostávajú vo forme jadrovej energie vyrobenej v jadrových elektrárňach.
Neobnoviteľné zdroje majú nasledujúce rezervy (v jouloch):
- jadrová energia – 2 x 1024;
- plynová a ropná energia – 2 x 10 23;
- vnútorné teplo planéty - 5 x 1020.
Ročná hodnota obnoviteľných zdrojov Zeme:
- slnečná energia – 2 x 1024;
- vietor - 6 x 1021;
- rieky - 6, 5 x 1019;
- morský príliv - 2,5 x 1023.
Len pri včasnom prechode od využívania neobnoviteľných energetických zásob Zeme k obnoviteľným má ľudstvo šancu na dlhú a šťastnú existenciu na našej planéte. Vedci z celého sveta pokračujú v starostlivom skúmaní rôznych vlastností energie, aby implementovali špičkový vývoj.
