Wie lautet die Energieformel?

Eines der grundlegenden Gesetze des Universums ist, dass Energie weder erzeugt noch zerstört wird – sie ändert nur die Form. Folglich gibt es viele Formeln für Energie. Um zu verstehen, dass diese Formeln Ausdrücke derselben Sache sind, ist es wichtig zu verstehen, was Physiker meinen, wenn sie von Energie sprechen. Es ist ein Begriff, der in den Konzepten der klassischen Physik verwurzelt ist, wie sie von Sir Isaac Newton erläutert wurden.

Die Formel für die Bewegungsenergie lautet:

Dabei ist KE die kinetische Energie in Joule, m die Masse in Kilogramm und v die Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde.

Die drei Bewegungsgesetze von Newton bilden die Grundlage der klassischen Physik. Das erste Gesetz definiert Kraft als das, was eine Bewegung verursacht, und das zweite Gesetz setzt die auf ein Objekt wirkende Kraft in Beziehung zu der Beschleunigung, die es erfährt. Wenn eine Kraft (F) einen Körper um eine Strecke (d) beschleunigt, verrichtet sie eine Arbeit (W) gleich der Kraft multipliziert mit der Entfernung mal einem Faktor, der den Winkel zwischen ihnen berücksichtigt (θ, der griechische Buchstabe theta). Als mathematischer Ausdruck bedeutet dies:

Die metrischen Einheiten für die Kraft sind Newton, die für die Entfernung Meter und die für die Arbeit Newton-Meter oder Joule. Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, und wird auch in Joule angegeben.

Ein bewegter Gegenstand besitzt seine Bewegungsenergie, die der Arbeit entspricht, die erforderlich wäre, um ihn zur Ruhe zu bringen. Diese wird als kinetische Energie bezeichnet und hängt vom Quadrat der Geschwindigkeit des Objekts (v) sowie der Hälfte seiner Masse (m) ab. Ein im Gravitationsfeld der Erde ruhender Gegenstand besitzt aufgrund seiner Höhe potentielle Energie; Wenn es frei fallen würde, würde es kinetische Energie in Höhe dieser potentiellen Energie gewinnen. Die potentielle Energie hängt von der Masse des Objekts, seiner Höhe (h) und der Erdbeschleunigung (g) ab. Mathematisch ist dies:

Die Berechnung der Energie in elektrischen Systemen hängt von der durch a fließenden Strommenge ab Leiter (I) in Ampere, sowie auf das elektrische Potential oder die Spannung (V), die den Strom treibt, in Volt. Die Multiplikation dieser beiden Parameter ergibt die Leistung der Elektrizität (P) in Watt und die Multiplikation von P mit der Zeit während der der Strom fließt (t) in Sekunden gibt die Menge an elektrischer Energie im System an, in Joule. Der mathematische Ausdruck für elektrische Energie in einem leitenden Stromkreis lautet:

Nach dieser Beziehung werden 6.000 Joule Energie verbraucht, wenn eine 100-Watt-Glühbirne eine Minute lang brennt. Dies entspricht der kinetischen Energie, die ein 1-Kilogramm-Gestein hätte, wenn man es aus einer Höhe von 612 Metern fallen ließ (ohne Berücksichtigung der Luftreibung).

Das Licht, das wir sehen, ist ein elektromagnetisches Phänomen, das aufgrund der Schwingungen von Wellenpaketen, die Photonen genannt werden, Energie hat. Der deutsche Physiker Max Planck stellte fest, dass die Energie eines Photons proportional zur Frequenz (f) ist, mit der es vibriert, und er berechnete die Proportionalitätskonstante (h), die in seinem Plancksche Konstante genannt wird Ehre. Der Ausdruck für die Energie eines Photons lautet also:

Gemäß der Relativitätstheorie von Albert Einstein besitzt jedes Materieteilchen eine inhärente potentielle Energie, die proportional zur Masse des Teilchens und zum Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (c) ist. Der entsprechende Ausdruck lautet:

Einsteins Berechnungen wurden durch die Entwicklung der Atombombe bestätigt.