انرژی چیزی است که زندگی را نه تنها در سیاره ما، بلکه در کیهان ممکن می کند. با این حال، می تواند بسیار متفاوت باشد. بنابراین گرما، صدا، نور، الکتریسیته، مایکروویو، کالری انواع مختلف انرژی هستند. برای تمام فرآیندهایی که در اطراف ما اتفاق می افتد، این ماده ضروری است. بیشتر انرژی که روی زمین وجود دارد از خورشید دریافت می کند، اما منابع دیگری نیز برای آن وجود دارد. خورشید آن را به اندازه 100 میلیون نیروگاه قدرتمند به طور همزمان به سیاره ما منتقل می کند.
انرژی چیست؟
نظریه ارائه شده توسط آلبرت انیشتین به مطالعه رابطه بین ماده و انرژی می پردازد. این دانشمند بزرگ توانست توانایی تبدیل یک ماده به ماده دیگر را ثابت کند. در عین حال معلوم شد که انرژی مهمترین عامل وجود اجسام است و ماده در درجه دوم قرار دارد.
انرژی به طور کلی توانایی انجام برخی کارها است. او کسی است که ایستاده استمفهوم نیرویی که می تواند جسم را به حرکت درآورد یا ویژگی های جدیدی به آن بدهد. اصطلاح "انرژی" به چه معناست؟ فیزیک یک علم بنیادی است که دانشمندان بسیاری از دوران ها و کشورهای مختلف زندگی خود را وقف آن کرده اند. حتی ارسطو از کلمه «انرژی» برای اشاره به فعالیت انسان استفاده کرد. ترجمه شده از زبان یونانی، "انرژی" "فعالیت"، "قدرت"، "عمل"، "قدرت" است. اولین بار این کلمه در رساله ای توسط دانشمند یونانی به نام "فیزیک" ظاهر شد.
به معنایی که اکنون به طور کلی پذیرفته شده است، این اصطلاح توسط فیزیکدان انگلیسی توماس یانگ ابداع شد. این رویداد مهم در سال 1807 اتفاق افتاد. در دهه 50 قرن نوزدهم. مکانیک انگلیسی ویلیام تامسون اولین کسی بود که از مفهوم "انرژی جنبشی" استفاده کرد و در سال 1853 فیزیکدان اسکاتلندی ویلیام رانکین اصطلاح "انرژی بالقوه" را معرفی کرد.
امروز این کمیت اسکالر در همه شاخه های فیزیک وجود دارد. این معیار واحدی از اشکال مختلف حرکت و تعامل ماده است. به عبارت دیگر، این معیار تبدیل یک شکل به شکل دیگر است.
اندازه گیری ها و تعیین ها
مقدار انرژی بر حسب ژول (J) اندازه گیری می شود. این واحد ویژه، بسته به نوع انرژی، ممکن است عناوین مختلفی داشته باشد، به عنوان مثال:
- W کل انرژی سیستم است.
- Q - حرارتی.
- U - پتانسیل.
انواع انرژی
انواع مختلفی از انرژی در طبیعت وجود دارد. موارد اصلی عبارتند از:
- مکانیکی؛
- الکترومغناطیسی؛
- برق؛
- شیمیایی؛
- حرارتی;
- هسته ای (اتمی).
انواع دیگری از انرژی وجود دارد: نور، صدا، مغناطیسی. در سال های اخیر، تعداد فزاینده ای از فیزیکدانان به فرضیه وجود انرژی به اصطلاح "تاریک" تمایل دارند. هر یک از انواع ذکر شده قبلی این ماده ویژگی های خاص خود را دارد. به عنوان مثال، انرژی صوتی را می توان با استفاده از امواج منتقل کرد. آنها به لرزش پرده گوش در گوش افراد و حیوانات کمک می کنند و به لطف آن صداها شنیده می شود. در جریان واکنش های شیمیایی مختلف، انرژی لازم برای زندگی همه موجودات آزاد می شود. هر گونه سوخت، غذا، باتری، ذخیره این انرژی هستند.
ستاره ما به شکل امواج الکترومغناطیسی به زمین انرژی می دهد. تنها از این طریق می تواند بر گستره های کیهان غلبه کند. به لطف فناوری مدرن، مانند پنل های خورشیدی، می توانیم از آن به بهترین شکل استفاده کنیم. مازاد انرژی استفاده نشده در تاسیسات ویژه ذخیره انرژی انباشته می شود. همراه با انواع انرژی فوق، چشمه های حرارتی، رودخانه ها، جزر و مد اقیانوس ها، سوخت های زیستی اغلب استفاده می شود.
انرژی مکانیکی
این نوع انرژی در شاخه فیزیک به نام "مکانیک" مورد مطالعه قرار می گیرد. آن را با حرف E نشان می دهند. با ژول (J) اندازه گیری می شود. این انرژی چیست؟ فیزیک مکانیک به مطالعه حرکت اجسام و برهمکنش آنها با یکدیگر یا با میدان های خارجی می پردازد. در این حالت انرژی ناشی از حرکت اجسام نامیده می شودجنبشی (که با Ek مشخص می شود) و انرژی ناشی از برهم کنش اجسام یا میدان های خارجی را پتانسیل (Ep) می گویند. مجموع حرکت و اندرکنش کل انرژی مکانیکی سیستم است.
یک قانون کلی برای محاسبه هر دو نوع وجود دارد. برای تعیین مقدار انرژی باید کار لازم برای انتقال جسم از حالت صفر به این حالت را محاسبه کرد. علاوه بر این، هر چه کار بیشتر باشد، بدن در این حالت انرژی بیشتری خواهد داشت.
جداسازی گونه ها بر اساس معیارهای مختلف
انواع مختلفی از اشتراک انرژی وجود دارد. با توجه به معیارهای مختلف، آن را به: خارجی (جنبشی و پتانسیل) و داخلی (مکانیکی، حرارتی، الکترومغناطیسی، هسته ای، گرانشی) تقسیم می کنند. انرژی الکترومغناطیسی به نوبه خود به مغناطیسی و الکتریکی و انرژی هسته ای به انرژی برهمکنش های ضعیف و قوی تقسیم می شود.
Kinetic
هر جسم متحرک با وجود انرژی جنبشی متمایز می شود. اغلب به آن می گویند - رانندگی. انرژی جسمی که در حال حرکت است با کاهش سرعت از بین می رود. بنابراین، هرچه سرعت بیشتر باشد، انرژی جنبشی بیشتر است.
هنگامی که جسم متحرک با یک جسم ساکن تماس پیدا می کند، بخشی از جسم متحرک به جسم دوم منتقل می شود و آن را به حرکت در می آورد. فرمول انرژی جنبشی به شرح زیر است:
در کلمات، این فرمول را می توان به صورت زیر بیان کرد: انرژی جنبشی یک جسم برابر است بانصف حاصل ضرب جرم آن ضربدر مجذور سرعتش.
پتانسیل
این نوع انرژی در اختیار اجسامی است که در نوعی میدان نیرو قرار دارند. بنابراین، مغناطیسی زمانی اتفاق می افتد که یک جسم تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی باشد. همه اجرام روی زمین دارای انرژی گرانشی بالقوه هستند.
بسته به خواص اشیاء مورد مطالعه، آنها می توانند انواع مختلفی از انرژی پتانسیل داشته باشند. بنابراین، اجسام کشسان و کشسانی که قادر به کشش هستند، دارای انرژی بالقوه کشش یا کشش هستند. هر جسم در حال سقوط که قبلاً بی حرکت بوده است پتانسیل خود را از دست می دهد و جنبشی می یابد. در این صورت مقدار این دو نوع معادل خواهد بود. در میدان گرانشی سیاره ما، فرمول انرژی پتانسیل به این صورت خواهد بود:
در کلمات، این فرمول را می توان به صورت زیر بیان کرد: انرژی پتانسیل یک جسم در تعامل با زمین برابر است با حاصل ضرب جرم، شتاب گرانش و ارتفاعی که در آن قرار دارد..
این مقدار اسکالر مشخصه ذخیره انرژی یک نقطه مادی (جسم) است که در میدان نیروی پتانسیل قرار دارد و برای بدست آوردن انرژی جنبشی در اثر کار نیروهای میدان استفاده می شود. گاهی اوقات به آن تابع مختصات می گویند که اصطلاحی در لانگرانژی سیستم (تابع لاگرانژ یک سیستم دینامیکی) است. این سیستم تعامل آنها را توصیف می کند.
انرژی بالقوه برابر با صفر استپیکربندی خاصی از اجسام واقع در فضا. انتخاب پیکربندی با راحتی محاسبات بیشتر تعیین می شود و "نرمال سازی انرژی پتانسیل" نامیده می شود.
قانون بقای انرژی
یکی از اساسی ترین فرض های فیزیک قانون بقای انرژی است. به گفته او انرژی از هیچ جا ظاهر نمی شود و در هیچ کجا ناپدید نمی شود. مدام از شکلی به شکل دیگر تغییر می کند. به عبارت دیگر، تنها یک تغییر در انرژی وجود دارد. بنابراین، به عنوان مثال، انرژی شیمیایی باتری چراغ قوه به انرژی الکتریکی و از آن به نور و گرما تبدیل می شود. لوازم خانگی مختلف انرژی الکتریکی را به نور، گرما یا صدا تبدیل می کنند. اغلب، نتیجه نهایی تغییر گرما و نور است. پس از آن، انرژی به فضای اطراف می رود.
قانون انرژی می تواند بسیاری از پدیده های فیزیکی را توضیح دهد. دانشمندان استدلال می کنند که حجم کل آن در جهان دائماً بدون تغییر باقی می ماند. هیچ کس نمی تواند انرژی دوباره ایجاد کند یا آن را نابود کند. در توسعه یکی از انواع آن، مردم از انرژی سوخت، آب در حال سقوط، یک اتم استفاده می کنند. در همان زمان، یکی از اشکال آن به شکل دیگری تبدیل می شود.
در سال 1918، دانشمندان توانستند ثابت کنند که قانون بقای انرژی یک نتیجه ریاضی از تقارن انتقالی زمان است - مقدار انرژی مزدوج. به عبارت دیگر، انرژی به دلیل این واقعیت حفظ می شود که قوانین فیزیک در زمان های مختلف متفاوت هستند.
ویژگی های انرژی
انرژی توانایی بدن برای انجام کار است. در بستهسیستم های فیزیکی، در تمام مدت زمان (تا زمانی که سیستم بسته است) حفظ می شود و یکی از سه انتگرال افزایشی حرکت است که ارزش را در طول حرکت حفظ می کند. اینها عبارتند از: انرژی، تکانه زاویه ای، تکانه. معرفی مفهوم "انرژی" زمانی مناسب است که سیستم فیزیکی از نظر زمانی همگن باشد.
انرژی درونی بدن
مجموع انرژی های برهمکنش های مولکولی و حرکات حرارتی مولکول های سازنده آن است. نمی توان آن را مستقیماً اندازه گیری کرد زیرا تابعی بدون ابهام از وضعیت سیستم است. هر گاه سیستمی خود را در وضعیت معینی بیابد، صرف نظر از تاریخچه وجود سیستم، انرژی درونی آن ارزش ذاتی خود را دارد. تغییر انرژی درونی در هنگام انتقال از یک حالت فیزیکی به حالت دیگر همیشه برابر است با تفاوت بین مقادیر آن در حالت نهایی و اولیه.
انرژی داخلی گاز
علاوه بر مواد جامد، گازها نیز انرژی دارند. این نشان دهنده انرژی جنبشی حرکت حرارتی (آشوب) ذرات سیستم است که شامل اتم ها، مولکول ها، الکترون ها، هسته ها می شود. انرژی داخلی یک گاز ایده آل (مدل ریاضی گاز) مجموع انرژی جنبشی ذرات آن است. این تعداد درجات آزادی را در نظر می گیرد، که تعداد متغیرهای مستقلی است که موقعیت مولکول را در فضا تعیین می کند.
استفاده از انرژی
هر سال بشریت منابع انرژی بیشتری مصرف می کند. اغلب برای انرژی،برای روشنایی و گرمایش منازل ما، کارکرد وسایل نقلیه و مکانیسم های مختلف، از هیدروکربن های فسیلی مانند زغال سنگ، نفت و گاز استفاده می شود. آنها منابع غیر قابل تجدید هستند.
متاسفانه، تنها بخش کوچکی از انرژی سیاره ما از منابع تجدیدپذیر مانند آب، باد و خورشید تامین می شود. تا به امروز، سهم آنها در بخش انرژی تنها 5 درصد است. 3 درصد دیگر مردم به صورت انرژی هسته ای تولید شده در نیروگاه های هسته ای دریافت می کنند.
منابع تجدیدناپذیر دارای ذخایر زیر (به ژول) هستند:
- انرژی هسته ای - 2 x 1024;
- انرژی گاز و نفت – 2 x 10 23;
- گرمای داخلی سیاره - 5 x 1020.
ارزش سالانه منابع تجدیدپذیر زمین:
- انرژی خورشیدی - 2 x 1024;
- باد - 6 x 1021;
- رودخانه - 6، 5 x 1019;
- جزر و مد دریا - 2.5 x 1023.
تنها با گذار به موقع از استفاده از ذخایر انرژی تجدید ناپذیر زمین به منابع تجدیدپذیر، بشر فرصتی برای زندگی طولانی و شاد در سیاره ما دارد. برای اجرای پیشرفت‌های پیشرفته، دانشمندان در سراسر جهان به مطالعه دقیق خواص مختلف انرژی ادامه می‌دهند.
