Energija je ono što čini život mogućim ne samo na našoj planeti, već iu Univerzumu. Međutim, može biti veoma različito. Dakle, toplota, zvuk, svetlost, struja, mikrotalasi, kalorije su različite vrste energije. Za sve procese koji se odvijaju oko nas ova supstanca je neophodna. Većinu energije koja postoji na Zemlji prima od Sunca, ali postoje i drugi izvori. Sunce ga prenosi na našu planetu koliko bi istovremeno proizvelo 100 miliona najmoćnijih elektrana.
Šta je energija?
Teorija koju je iznio Albert Einstein proučava odnos između materije i energije. Ovaj veliki naučnik je bio u stanju da dokaže sposobnost jedne supstance da se pretvori u drugu. Istovremeno se pokazalo da je energija najvažniji faktor u postojanju tijela, a materija sekundarna.
Energija je, uglavnom, sposobnost za obavljanje nekog posla. Ona je ta koja se zalažekoncept sile sposobne da pomeri telo ili da mu da nova svojstva. Šta znači pojam "energija"? Fizika je fundamentalna nauka kojoj su živote posvetili mnogi naučnici iz različitih epoha i zemalja. Čak je i Aristotel koristio riječ "energija" za ljudsku aktivnost. U prevodu sa grčkog jezika, "energija" je "aktivnost", "snaga", "akcija", "moć". Prvi put se ova riječ pojavila u raspravi grčkog naučnika pod nazivom "Fizika".
U sada opšteprihvaćenom smislu, ovaj termin je skovao engleski fizičar Thomas Young. Ovaj značajan događaj zbio se davne 1807. godine. U 50-im godinama XIX vijeka. engleski mehaničar William Thomson je prvi koristio koncept "kinetičke energije", a 1853. škotski fizičar William Rankin uveo je termin "potencijalna energija".
Danas je ova skalarna veličina prisutna u svim granama fizike. To je jedinstvena mjera raznih oblika kretanja i interakcije materije. Drugim riječima, to je mjera transformacije jednog oblika u drugi.
Mjere 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 sistema.
- Q - termalni.
- U – potencijal.
Vrste energije
U prirodi postoji mnogo različitih vrsta energije. Glavni su:
- mehanički;
- elektromagnetski;
- električni;
- chemical;
- 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 supstance ima svoje karakteristike. Na primjer, zvučna energija se može prenijeti pomoću valova. Oni doprinose vibracijama bubnih opna u uhu ljudi i životinja, zahvaljujući kojima se mogu čuti zvukovi. U toku različitih hemijskih reakcija oslobađa se energija neophodna za život svih organizama. Bilo koje gorivo, hrana, akumulatori, baterije su skladište ove energije.
Naša zvijezda daje Zemlji energiju u obliku elektromagnetnih talasa. Samo na taj način može savladati prostranstva Kosmosa. Zahvaljujući modernoj tehnologiji, kao što su solarni paneli, možemo je iskoristiti na najbolji mogući način. Višak neiskorištene energije akumulira se u posebnim skladištima energije. Uz gore navedene vrste energije, termalne izvore, rijeke, okeanske oseke i tokove, često se koriste biogoriva.
Mehanička energija
Ova vrsta energije se proučava u grani fizike koja se zove "Mehanika". Označava se slovom E. Mjeri se u džulima (J). Šta je ovo energija? Fizika mehanike proučava kretanje tijela i njihovu interakciju jedno s drugim ili sa vanjskim poljima. U ovom slučaju se naziva energija zbog kretanja tijelakinetička (označena sa Ek), a energija zbog interakcije tijela ili vanjskih polja naziva se potencijalna (Ep). Zbir kretanja i interakcije je ukupna mehanička energija sistema.
Postoji opšte pravilo za izračunavanje oba tipa. Za određivanje količine energije potrebno je izračunati rad potreban za prelazak tijela iz nultog stanja u ovo stanje. Štaviše, što više rada, to će tijelo imati više energije u ovom stanju.
Razdvajanje vrsta prema različitim kriterijumima
Postoji nekoliko vrsta dijeljenja energije. Prema različitim kriterijima dijeli se na: eksternu (kinetičku i potencijalnu) i unutarnju (mehaničku, termičku, elektromagnetnu, nuklearnu, gravitacionu). Elektromagnetna energija se, pak, deli na magnetnu i električnu, a nuklearna energija na energiju slabih i jakih interakcija.
Kinetic
Svaka tijela koja se kreću se razlikuju 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 sa nepokretnim objektom, dio kinetičkog se prenosi na potonji i pokreće ga. Formula kinetičke energije je sljedeća:
Rečima, ova formula se može izraziti na sledeći način: kinetička energija objekta jepolovina proizvoda 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 uticajem magnetnog polja. Sva tijela na Zemlji imaju potencijalnu gravitacijsku energiju.
U zavisnosti od svojstava predmeta proučavanja, oni mogu imati različite vrste potencijalne energije. Dakle, elastična i elastična tijela koja se mogu istezati imaju potencijalnu energiju elastičnosti ili napetosti. Svako padajuće tijelo koje je prethodno bilo nepomično gubi potencijal i postaje kinetičko. U ovom slučaju, vrijednost ova dva tipa će biti ekvivalentna. U gravitacionom polju naše planete formula potencijalne energije će izgledati ovako:
Rečima se ova formula može izraziti na sledeći način: potencijalna energija objekta koji interaguje sa Zemljom jednaka je proizvodu njegove mase, ubrzanja gravitacije i visine na kojoj se nalazi.
Ova skalarna vrijednost je karakteristika rezerve energije materijalne tačke (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 Langranžianu sistema (Lagrangeova funkcija dinamičkog sistema). Ovaj sistem opisuje njihovu interakciju.
Potencijalna energija je jednaka nuli zaodređena konfiguracija tijela smještenih u prostoru. Izbor konfiguracije određen je pogodnošću daljih proračuna 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. Stalno se mijenja iz jednog oblika u drugi. Drugim riječima, postoji samo promjena u energiji. Tako se, na primjer, hemijska energija baterije baterijske lampe pretvara u električnu energiju, a iz nje u svjetlost 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. Naučnici tvrde da njegov ukupni volumen u svemiru stalno ostaje nepromijenjen. Niko ne može iznova stvoriti energiju ili je uništiti. Razvijajući jedan od njegovih tipova, ljudi koriste energiju goriva, padajuće vode, atoma. Istovremeno, jedan od njegovih oblika prelazi u drugi.
Godine 1918, naučnici su uspeli da dokažu da je zakon održanja energije matematička posledica translacione simetrije vremena - vrednosti konjugovane energije. Drugim riječima, energija se čuva zbog činjenice da se zakoni fizike ne razlikuju u različitim vremenima.
Energetske karakteristike
Energija je sposobnost tijela da radi. U zatvorenomfizičkih sistema, on se čuva tokom čitavog vremena (sve dok je sistem zatvoren) i jedan je od tri aditivna integrala kretanja koji čuvaju vrednost tokom kretanja. To uključuje: energiju, ugaoni moment, impuls. Uvođenje koncepta "energije" je prikladno kada je fizički sistem homogen u vremenu.
Unutrašnja energija tijela
To je zbir energija molekularnih interakcija i termičkih kretanja molekula koji ga čine. Ne može se direktno mjeriti jer je nedvosmislena funkcija stanja sistema. Kad god se sistem nađe u datom stanju, njegova unutrašnja energija ima svoju inherentnu vrijednost, bez obzira na historiju postojanja sistema. Promjena unutrašnje energije tokom prijelaza iz jednog fizičkog stanja u drugo uvijek je jednaka razlici njenih vrijednosti u konačnom i početnom stanju.
Unutarnja energija gasa
Pored čvrstih materija, gasovi takođe imaju energiju. Predstavlja kinetičku energiju toplotnog (haotičnog) kretanja čestica sistema, koje uključuju atome, molekule, elektrone, jezgra. Unutrašnja energija idealnog gasa (matematički model gasa) je zbir kinetičkih energija njegovih čestica. Ovo uzima u obzir broj stupnjeva slobode, koji je broj nezavisnih varijabli koje određuju položaj molekula u prostoru.
Potrošnja energije
Svake godine čovječanstvo troši sve više energetskih resursa. Najčešće za energiju,Neophodni za rasvjetu i grijanje naših domova, rad vozila i raznih mehanizama, koriste se fosilni ugljovodonici poput uglja, nafte i plina. Oni su neobnovljivi resursi.
Nažalost, samo mali dio energije naše planete dolazi iz obnovljivih izvora kao što su voda, vjetar i sunce. Do danas njihov udio u energetskom sektoru iznosi 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 na plin i naftu – 2 x 10 23;
- unutrašnja toplina planete - 5 x 1020.
Godišnja vrijednost Zemljinih obnovljivih resursa:
- solarna energija - 2 x 1024;
- vetar - 6 x 1021;
- rijeke - 6, 5 x 1019;
- morske oseke - 2,5 x 1023.
Samo blagovremenim prelaskom sa korišćenja neobnovljivih rezervi energije Zemlje na obnovljive, čovečanstvo ima šansu za dugo i srećno postojanje na našoj planeti. Kako bi implementirali najsavremenije razvoje, naučnici širom svijeta nastavljaju pažljivo proučavati različita svojstva energije.
