Energie maakt leven mogelijk, niet alleen op onze planeet, maar ook in het heelal. Het kan echter heel anders zijn. Dus warmte, geluid, licht, elektriciteit, magnetrons, calorieën zijn verschillende soorten energie. Voor alle processen die om ons heen plaatsvinden, is deze stof nodig. De meeste energie die op aarde bestaat, ontvangt van de zon, maar er zijn andere bronnen. De zon brengt het naar onze planeet, net zoals 100 miljoen van de krachtigste energiecentrales tegelijkertijd zouden produceren.
Wat is energie?
De theorie van Albert Einstein bestudeert de relatie tussen materie en energie. Deze grote wetenschapper was in staat om te bewijzen dat de ene stof in een andere kan veranderen. Tegelijkertijd bleek dat energie de belangrijkste factor is in het bestaan van lichamen, en materie is secundair.
Energie is over het algemeen het vermogen om wat werk te doen. Zij is degene die staat voorhet concept van een kracht die in staat is om een lichaam te bewegen of het nieuwe eigenschappen te geven. Wat betekent de term "energie"? Natuurkunde is een fundamentele wetenschap waaraan veel wetenschappers uit verschillende tijdperken en landen hun leven hebben gewijd. Zelfs Aristoteles gebruikte het woord "energie" om te verwijzen naar menselijke activiteit. Vertaald uit de Griekse taal, is "energie" "activiteit", "kracht", "actie", "kracht". De eerste keer dat dit woord verscheen in een verhandeling van een Griekse wetenschapper genaamd "Natuurkunde".
In de nu algemeen aanvaarde betekenis is deze term bedacht door de Engelse natuurkundige Thomas Young. Deze gedenkwaardige gebeurtenis vond plaats in 1807. In de jaren 50 van de 19e eeuw. de Engelse monteur William Thomson was de eerste die het begrip "kinetische energie" gebruikte, en in 1853 introduceerde de Schotse natuurkundige William Rankin de term "potentiële energie".
Tegenwoordig is deze scalaire hoeveelheid aanwezig in alle takken van de natuurkunde. Het is een enkele maatstaf voor verschillende vormen van beweging en interactie van materie. Met andere woorden, het is een maatstaf voor de transformatie van de ene vorm in de andere.
Metingen en aanduidingen
De hoeveelheid energie wordt gemeten in joule (J). Deze speciale eenheid kan, afhankelijk van het type energie, verschillende aanduidingen hebben, bijvoorbeeld:
- W is de totale energie van het systeem.
- Q - thermisch.
- U – potentieel.
Soorten energie
Er zijn veel verschillende soorten energie in de natuur. De belangrijkste zijn:
- mechanisch;
- elektromagnetisch;
- elektrisch;
- chemical;
- thermisch;
- nucleair (atomair).
Er zijn andere soorten energie: licht, geluid, magnetisch. De laatste jaren neigt een toenemend aantal natuurkundigen naar de hypothese van het bestaan van de zogenaamde "donkere" energie. Elk van de eerder genoemde typen van deze stof heeft zijn eigen kenmerken. Geluidsenergie kan bijvoorbeeld worden overgedragen met behulp van golven. Ze dragen bij aan de trilling van de trommelvliezen in het oor van mens en dier, waardoor geluiden te horen zijn. In de loop van verschillende chemische reacties komt de energie vrij die nodig is voor het leven van alle organismen. Elke brandstof, voedsel, accu's, batterijen zijn de opslag van deze energie.
Onze ster geeft de aarde energie in de vorm van elektromagnetische golven. Alleen op deze manier kan het de uitgestrektheid van de kosmos overwinnen. Dankzij moderne technologie, zoals zonnepanelen, kunnen we daar optimaal gebruik van maken. Overtollige ongebruikte energie wordt opgeslagen in speciale energieopslagfaciliteiten. Naast de bovengenoemde soorten energie, thermale bronnen, rivieren, eb en vloed van de oceaan, worden vaak biobrandstoffen gebruikt.
Mechanische energie
Dit soort energie wordt bestudeerd in de tak van de natuurkunde die 'mechanica' wordt genoemd. Het wordt aangegeven met de letter E. Het wordt gemeten in joule (J). Wat is deze energie? De fysica van de mechanica bestudeert de beweging van lichamen en hun interactie met elkaar of met externe velden. In dit geval wordt de energie als gevolg van de beweging van lichamen genoemdkinetisch (aangeduid met Ek), en de energie als gevolg van de interactie van lichamen of externe velden wordt potentiaal (Ep) genoemd. De som van beweging en interactie is de totale mechanische energie van het systeem.
Er is een algemene regel voor het berekenen van beide typen. Om de hoeveelheid energie te bepalen, is het noodzakelijk om de arbeid te berekenen die nodig is om het lichaam van de nultoestand naar deze toestand over te brengen. Bovendien, hoe meer werk, hoe meer energie het lichaam in deze staat zal hebben.
Scheiding van soorten volgens verschillende criteria
Er zijn verschillende manieren om energie te delen. Volgens verschillende criteria is het onderverdeeld in: extern (kinetisch en potentieel) en intern (mechanisch, thermisch, elektromagnetisch, nucleair, zwaartekracht). Elektromagnetische energie is op zijn beurt verdeeld in magnetisch en elektrisch, en kernenergie wordt verdeeld in de energie van zwakke en sterke interacties.
Kinetisch
Alle bewegende lichamen worden onderscheiden door de aanwezigheid van kinetische energie. Zo wordt het vaak genoemd - autorijden. De energie van een bewegend lichaam gaat verloren wanneer het vertraagt. Dus hoe hoger de snelheid, hoe groter de kinetische energie.
Wanneer een bewegend lichaam in contact komt met een stilstaand object, wordt een deel van het kinetische naar het laatste overgebracht, waardoor het in beweging komt. De formule voor kinetische energie is als volgt:
In woorden, deze formule kan als volgt worden uitgedrukt: de kinetische energie van een object isde helft van het product van zijn massa maal het kwadraat van zijn snelheid.
Potentieel
Dit soort energie wordt bezeten door lichamen die zich in een soort krachtveld bevinden. Magnetisch treedt dus op wanneer een object onder invloed staat van een magnetisch veld. Alle lichamen op aarde hebben potentiële gravitatie-energie.
Afhankelijk van de eigenschappen van de studieobjecten, kunnen ze verschillende soorten potentiële energie hebben. Dus, elastische en elastische lichamen die kunnen rekken, hebben de potentiële energie van elasticiteit of spanning. Elk vallend lichaam dat voorheen onbeweeglijk was, verliest potentieel en krijgt kinetiek. In dit geval is de waarde van deze twee typen gelijk. In het zwaartekrachtveld van onze planeet ziet de formule voor potentiële energie er als volgt uit:
In woorden, deze formule kan als volgt worden uitgedrukt: de potentiële energie van een object dat in wisselwerking staat met de aarde is gelijk aan het product van zijn massa, versnelling van de zwaartekracht en de hoogte waarop het zich bevindt.
Deze scalaire waarde is een kenmerk van de energiereserve van een materieel punt (lichaam) dat zich in een potentieel krachtveld bevindt en dat wordt gebruikt om kinetische energie te verkrijgen als gevolg van het werk van de veldkrachten. Soms wordt het de coördinaatfunctie genoemd, wat een term is in de Langrangian van het systeem (de Lagrange-functie van een dynamisch systeem). Dit systeem beschrijft hun interactie.
Potentiële energie wordt gelijkgesteld aan nul vooreen bepaalde configuratie van lichamen die zich in de ruimte bevinden. De keuze van de configuratie wordt bepaald door het gemak van verdere berekeningen en wordt "normalisatie van potentiële energie" genoemd.
De wet van behoud van energie
Een van de meest fundamentele postulaten van de natuurkunde is de wet van behoud van energie. Volgens hem komt energie nergens vandaan en verdwijnt ook nergens. Het verandert voortdurend van de ene vorm in de andere. Met andere woorden, er is alleen een verandering in energie. Zo wordt bijvoorbeeld de chemische energie van een zaklampbatterij omgezet in elektrische energie, en daaruit in licht en warmte. Diverse huishoudelijke apparaten zetten elektrische energie om in licht, warmte of geluid. Meestal is het eindresultaat van de verandering warmte en licht. Daarna gaat de energie de omringende ruimte in.
De wet van energie kan veel fysieke verschijnselen verklaren. Wetenschappers beweren dat het totale volume in het universum constant ongewijzigd blijft. Niemand kan energie opnieuw creëren of vernietigen. Door een van zijn typen te ontwikkelen, gebruiken mensen de energie van brandstof, vallend water, een atoom. Tegelijkertijd verandert een van zijn vormen in een andere.
In 1918 konden wetenschappers bewijzen dat de wet van behoud van energie een wiskundig gevolg is van de translatiesymmetrie van tijd - de waarde van geconjugeerde energie. Met andere woorden, energie wordt behouden doordat de wetten van de fysica niet op verschillende tijdstippen verschillen.
Energiefuncties
Energie is het vermogen van een lichaam om werk te doen. in geslotenfysieke systemen, wordt het gedurende de hele tijd bewaard (zolang het systeem gesloten is) en is het een van de drie additieve integralen van beweging die de waarde tijdens beweging behouden. Deze omvatten: energie, impulsmoment, impuls. De introductie van het concept "energie" is geschikt wanneer het fysieke systeem homogeen is in de tijd.
Interne energie van lichamen
Het is de som van de energieën van moleculaire interacties en de thermische bewegingen van de moleculen waaruit het bestaat. Het kan niet direct worden gemeten omdat het een ondubbelzinnige functie is van de toestand van het systeem. Telkens wanneer een systeem zich in een bepaalde toestand bevindt, heeft zijn interne energie zijn inherente waarde, ongeacht de geschiedenis van het bestaan van het systeem. De verandering in interne energie tijdens de overgang van de ene fysieke toestand naar de andere is altijd gelijk aan het verschil tussen de waarden in de eind- en begintoestand.
Interne energie van gas
Naast vaste stoffen hebben gassen ook energie. Het vertegenwoordigt de kinetische energie van de thermische (chaotische) beweging van de deeltjes van het systeem, waaronder atomen, moleculen, elektronen, kernen. De interne energie van een ideaal gas (een wiskundig model van een gas) is de som van de kinetische energieën van zijn deeltjes. Hierbij wordt rekening gehouden met het aantal vrijheidsgraden, het aantal onafhankelijke variabelen dat de positie van het molecuul in de ruimte bepa alt.
Energieverbruik
Elk jaar verbruikt de mensheid meer en meer energiebronnen. Meestal voor energie,nodig voor het verlichten en verwarmen van onze huizen, de bediening van voertuigen en verschillende mechanismen, worden fossiele koolwaterstoffen zoals kolen, olie en gas gebruikt. Het zijn niet-hernieuwbare bronnen.
Helaas komt slechts een klein deel van de energie van onze planeet uit hernieuwbare bronnen zoals water, wind en de zon. Tot op heden is hun aandeel in de energiesector slechts 5%. Nog eens 3% ontvangt de bevolking in de vorm van kernenergie geproduceerd in kerncentrales.
Niet-hernieuwbare hulpbronnen hebben de volgende reserves (in joules):
- kernenergie - 2 x 1024;
- gas- en olie-energie – 2 x 10 23;
- interne hitte van de planeet - 5 x 1020.
Jaarlijkse waarde van de hernieuwbare bronnen van de aarde:
- zonne-energie - 2 x 1024;
- wind - 6 x 1021;
- rivieren - 6, 5 x 1019;
- zeegetijden - 2,5 x 1023.
Alleen met een tijdige overgang van het gebruik van niet-hernieuwbare energiereserves van de aarde naar hernieuwbare, heeft de mensheid een kans op een lang en gelukkig bestaan op onze planeet. Om baanbrekende ontwikkelingen te implementeren, blijven wetenschappers over de hele wereld de verschillende eigenschappen van energie zorgvuldig bestuderen.
