ऊर्जा के दो मुख्य रूप मौजूद हैं: गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा।गतिज ऊर्जाकिसी वस्तु या कण की गति की ऊर्जा है, औरसंभावित ऊर्जाकिसी वस्तु या कण की स्थिति से जुड़ी ऊर्जा है।
कभी-कभी मैक्रोस्कोपिक वस्तु की यांत्रिक प्रक्रियाओं से जुड़ी गतिज और स्थितिज ऊर्जा को सामूहिक रूप से कहा जाता हैमेकेनिकल ऊर्जाऔर थर्मल, रासायनिक और परमाणु प्रक्रियाओं से जुड़ी ऊर्जा के रूपों को बाहर करें।
यह भौतिकी का एक मौलिक नियम है कि एक बंद प्रणाली में कुल ऊर्जा संरक्षित रहती है। इसे के रूप में संदर्भित किया जाता हैऊर्जा के संरक्षण का नियम. अर्थात्, जबकि ऊर्जा एक वस्तु से दूसरी वस्तु में रूप बदल सकती है या स्थानांतरित हो सकती है, कुल राशि हमेशा एक ऐसी प्रणाली में स्थिर रहेगी जो अपने परिवेश से पूरी तरह से अलग है।
कई प्रारंभिक भौतिकी समस्याओं में गणना को सरल बनाने के लिए, अक्सर यह माना जाता है कि घर्षण और अन्य अपव्यय बल नगण्य हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक बंद प्रणाली की कुल यांत्रिक ऊर्जा अलग से होती है संरक्षित।
घर्षण मौजूद होने पर यांत्रिक ऊर्जा को थर्मल और अन्य प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है, और किसी भी थर्मल ऊर्जा को वापस यांत्रिक ऊर्जा में बदलना मुश्किल हो सकता है (और इसे पूरी तरह से प्राप्त करना असंभव है।) यही कारण है कि यांत्रिक ऊर्जा को अक्सर एक अलग संरक्षित मात्रा के रूप में कहा जाता है, लेकिन, फिर से, यह केवल तभी संरक्षित होता है जब कोई नहीं होता है टकराव।
ऊर्जा का SI मात्रक जूल (J) है जहाँ 1 जूल = 1 न्यूटन × 1 मीटर।
संभावित ऊर्जा के प्रकार
किसी वस्तु या कण की स्थिति या व्यवस्था के कारण संभावित ऊर्जा ऊर्जा है। इसे कभी-कभी संग्रहीत ऊर्जा के रूप में वर्णित किया जाता है, लेकिन यह पूरी तरह से सटीक नहीं है क्योंकि गतिज ऊर्जा को संग्रहीत ऊर्जा के रूप में भी माना जा सकता है क्योंकि यह अभी भी गतिमान वस्तु के भीतर समाहित है। संभावित ऊर्जा के मुख्य प्रकार हैं:
लोचदार ऊर्जा क्षमता, जो एक स्प्रिंग जैसी वस्तु के विरूपण के रूप में ऊर्जा है। जब आप किसी स्प्रिंग को उसके संतुलन (आराम) की स्थिति से परे संकुचित या फैलाते हैं, तो उसमें लोचदार स्थितिज ऊर्जा होगी। जब इस स्प्रिंग को छोड़ा जाता है, तो यह लोचदार स्थितिज ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाएगी।
एक वसंत से निलंबित एक द्रव्यमान के मामले में जिसे तब बढ़ाया और छोड़ा जाता है, द्रव्यमान लोचदार संभावित ऊर्जा के रूप में ऊपर और नीचे दोलन करेगा गतिज ऊर्जा, फिर वापस संभावित में बदल जाती है और इसी तरह (कुछ यांत्रिक ऊर्जा के कारण गैर-यांत्रिक रूपों में परिवर्तित हो जाती है) टकराव।)
एक स्प्रिंग में संचित स्थितिज ऊर्जा का समीकरण निम्न द्वारा दिया जाता है:
PE_{वसंत}=\frac{1}{2}k\Delta x^2
कहा पेकवसंत स्थिरांक है और Δx संतुलन से विस्थापन है।
गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जागुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में किसी वस्तु की स्थिति के कारण ऊर्जा है। जब ऐसे क्षेत्र में कोई वस्तु छोड़ी जाती है, तो वह गति करेगी, और वह संभावित ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाएगी।
द्रव्यमान की वस्तु के लिए गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जामपृथ्वी की सतह के निकट द्वारा दिया गया है:
पीई_{ग्रेव}=एमजीएच
कहा पेजीगुरुत्वाकर्षण स्थिरांक 9.8 m/s. है2, तथाएचजमीनी स्तर से ऊंचाई है।
गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा के समान,विद्युत स्थितिज ऊर्जाविद्युत क्षेत्र में आवेश वाली वस्तुओं की स्थिति का परिणाम है। यदि इस क्षेत्र में छोड़ा जाता है, तो वे गिरते हुए द्रव्यमान की तरह ही क्षेत्र रेखाओं के साथ गति करेंगे, और उनकी विद्युत स्थितिज ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाएगी।
विद्युत स्थितिज ऊर्जा का सूत्र एक बिंदु आवेश का होता हैक्यूएक दूरीआरपॉइंट चार्ज सेक्यूद्वारा दिया गया है:
PE_{चुनाव,\पाठ{ }पोनी\पाठ{ }प्रभार}=\frac{kqQ}{r}
कहा पेककूलम्ब नियतांक 8.99 × 10. है9 एनएम2/सी2.
आप शायद इस शब्द से परिचित हैंवोल्टेज, जो एक मात्रा को संदर्भित करता है जिसे कहा जाता हैबिजली की क्षमता. आवेश की विद्युत स्थितिज ऊर्जा energyक्यूविद्युत क्षमता (वोल्टेज,वी) निम्नलिखित द्वारा:
पीई_क्यू = क्यूवी
रासायनिक संभावित ऊर्जारासायनिक बंधों और परमाणुओं की व्यवस्था में संग्रहीत ऊर्जा है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान इस ऊर्जा को अन्य रूपों में परिवर्तित किया जा सकता है। आग इसका एक उदाहरण है - जैसे ही आग जलती है, जलती हुई सामग्री के रासायनिक बंधनों में संभावित ऊर्जा गर्मी और उज्ज्वल ऊर्जा में बदल जाती है। जब आप खाना खाते हैं, तो आपके शरीर में होने वाली प्रक्रियाएं रासायनिक ऊर्जा को उस ऊर्जा में बदल देती हैं जिसकी आपके शरीर को जीवित रहने और जीने के सभी बुनियादी कार्यों को करने की आवश्यकता होती है।
परमाणु संभावित ऊर्जाएक परमाणु नाभिक में ऊर्जा है। जब एक नाभिक के अंदर के न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) संयोजन करके, अलग होकर खुद को पुनर्व्यवस्थित करते हैं या एक से दूसरे में परिवर्तन (या तो संलयन, विखंडन या क्षय के माध्यम से) परमाणु संभावित ऊर्जा रूपांतरित हो जाती है या जारी किया गया।
प्रसिद्ध ई = एमसी2 समीकरण ऊर्जा की मात्रा का वर्णन करता है,इ, द्रव्यमान के संदर्भ में ऐसी प्रक्रियाओं के दौरान जारी किया गयामऔर प्रकाश की गतिसी. नाभिक क्षय या संलयन के बाद कम कुल द्रव्यमान के साथ समाप्त हो सकता है, और यह द्रव्यमान अंतर सीधे परमाणु संभावित ऊर्जा की मात्रा का अनुवाद करता है जो अन्य रूपों में परिवर्तित हो जाती है, जैसे कि उज्ज्वल और थर्मल।
गतिज ऊर्जा के प्रकार
गतिज ऊर्जा गति की ऊर्जा है। जबकि स्थितिज ऊर्जा वाली किसी वस्तु में गति करने की क्षमता होती है, गतिज ऊर्जा वाली वस्तु गति से गुजर रही होती है। गतिज ऊर्जा के मुख्य प्रकार हैं:
यांत्रिक गतिज ऊर्जा, जो द्रव्यमान की एक स्थूल वस्तु की गतिज ऊर्जा हैमवेग से गतिमानवी. यह सूत्र द्वारा दिया गया है:
KE_{mech}=\frac{1}{2}mv^2
टिप्स
गुरुत्वाकर्षण के कारण गिरने वाली किसी वस्तु के लिए, यांत्रिक ऊर्जा का संरक्षण हमें गति के मानक स्थिर त्वरण समीकरणों का उपयोग किए बिना इसके वेग को निर्धारित करने की अनुमति देता है। वस्तु के गिरने से पहले बस कुल यांत्रिक ऊर्जा का निर्धारण करें (एमजीएच), और फिर चाहे जितनी ऊंचाई पर हो, स्थितिज ऊर्जा में अंतर 1/2mv. के बराबर होना चाहिए2. एक बार जब आप गतिज ऊर्जा जान लेते हैं, तो आप इसके लिए हल कर सकते हैंवी.
तापीय ऊर्जा, जिसे ऊष्मीय ऊर्जा के रूप में भी जाना जाता है, किसी पदार्थ के कंपन में अणुओं का परिणाम है। जितनी तेजी से अणु घूमते हैं, उतनी ही अधिक तापीय ऊर्जा और वस्तु उतनी ही गर्म होती है। गति जितनी धीमी होगी, वस्तु उतनी ही ठंडी होगी। उस सीमा में जहां सभी गति रुक जाती है, केल्विन की इकाइयों में वस्तु का तापमान निरपेक्ष 0 होता है।
तापमान प्रति अणु औसत अनुवादकीय गतिज ऊर्जा का एक माप है। एक आदर्श एकपरमाणुक गैस की तापीय ऊर्जा सूत्र द्वारा दी जाती है:
E_{थर्मल}=\frac{3}{2}Nk_BT
कहा पेनहींपरमाणुओं की संख्या है,टीकेल्विन में तापमान है, औरकखबोल्ट्जमान नियतांक 1.381 × 10. है-23 जम्मू / कश्मीर।
सतह पर, इसे उसी तरह की चीज के रूप में समझा जा सकता है जो यांत्रिक गतिज ऊर्जा है। यह वस्तुओं (इस मामले में अणु) का एक निश्चित गति से शारीरिक रूप से आगे बढ़ने का परिणाम है। लेकिन यह गति सूक्ष्म पैमाने पर एक बड़ी वस्तु के भीतर हो रही है, इसलिए इसका इलाज करना समझ में आता है अलग-अलग - विशेष रूप से क्योंकि प्रत्येक विशिष्ट अणु की गति के लिए जिम्मेदार होना असंभव है कुछ सम!
यह भी ध्यान दें कि इसे यांत्रिक गतिज ऊर्जा के साथ भ्रमित करने का कोई मतलब नहीं है क्योंकि यह ऊर्जा ऐसी नहीं है जिस प्रकार हवा में फेंकी जा रही गेंद की गतिज ऊर्जा उसी प्रकार स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है है।
तरंग ऊर्जातथाध्वनिएक अतिरिक्त प्रकार की गतिज ऊर्जा बनाते हैं, जो तरंग गति से जुड़ी ऊर्जा है। एक लहर के साथ, एक माध्यम के माध्यम से एक विक्षोभ यात्रा करता है। लहर के गुजरने पर उस माध्यम का कोई भी बिंदु अपनी जगह पर दोलन करेगा - या तो गति की दिशा के साथ संरेखित (aलोंगिट्युडिनल वेव) या इसके लंबवत (aअनुप्रस्थ तरंग), जैसे कि एक स्ट्रिंग पर एक लहर के साथ देखा जाता है।
जबकि माध्यम के बिंदु जगह-जगह दोलन करते हैं, विक्षोभ स्वयं एक स्थान से दूसरे स्थान तक जाता है। यह गतिज ऊर्जा का एक रूप है क्योंकि यह किसी भौतिक पदार्थ के गतिमान होने का परिणाम है।
एक तरंग से जुड़ी ऊर्जा आमतौर पर तरंग के आयाम के वर्ग के सीधे आनुपातिक होती है। हालाँकि, सटीक संबंध तरंग के प्रकार और उस माध्यम पर निर्भर करता है जिससे वह यात्रा कर रहा है।
एक प्रकार की तरंग एक ध्वनि तरंग है, जो एक अनुदैर्ध्य तरंग है। यही है, यह संपीड़न (जिन क्षेत्रों में माध्यम संकुचित होता है) और रेयरफैक्शन (जिन क्षेत्रों में माध्यम कम संकुचित होता है) से उत्पन्न होता है, आमतौर पर, वायु, या किसी अन्य सामग्री में।
दीप्तिमान ऊर्जातरंग ऊर्जा से संबंधित है, लेकिन यह बिल्कुल समान नहीं है। यह विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में ऊर्जा है। आप दृश्य प्रकाश से सबसे अधिक परिचित हो सकते हैं, लेकिन यह ऊर्जा उन प्रकारों में आती है जिन्हें हम देख नहीं सकते हैं, जैसे कि रेडियो तरंगें, माइक्रोवेव, अवरक्त, पराबैंगनी, एक्स-रे और गामा किरणें। यह फोटोन द्वारा वहन की जाने वाली ऊर्जा है - प्रकाश के कण। कहा जाता है कि फोटॉन कण / तरंग द्वंद्व प्रदर्शित करते हैं, जिसका अर्थ है कि वे तरंग और कण दोनों की तरह कार्य करते हैं।
दीप्तिमान ऊर्जा नियमित तरंगों से बहुत महत्वपूर्ण तरीके से भिन्न होती है: इसे यात्रा करने के लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है। इस वजह से, यह अंतरिक्ष के निर्वात के माध्यम से यात्रा कर सकता है। सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरण निर्वात में प्रकाश की गति (ब्रह्मांड में सबसे तेज गति!) से यात्रा करते हैं।
ध्यान दें कि फोटॉन में द्रव्यमान नहीं होता है, इसलिए हम संबंधित गतिज ऊर्जा को निर्धारित करने के लिए यांत्रिक गतिज ऊर्जा समीकरण का उपयोग नहीं कर सकते हैं। इसके बजाय, विद्युत चुम्बकीय विकिरण से जुड़ी ऊर्जा E = hf द्वारा दी जाती है, जहाँएफआवृत्ति है औरएचप्लैंक नियतांक 6.626 × 10. है-34 जे.एस.
विद्युत ऊर्जा: गतिमान आवेश से जुड़ी गतिज ऊर्जा समान यांत्रिक गतिज ऊर्जा 1/2mv. है2; हालाँकि, एक गतिमान आवेश एक चुंबकीय क्षेत्र भी उत्पन्न करता है। वह चुंबकीय क्षेत्र, गुरुत्वाकर्षण या विद्युत क्षेत्र की तरह, किसी भी चीज़ पर संभावित ऊर्जा प्रदान करने की क्षमता रखता है जो इसे "महसूस" कर सकता है - जैसे कि चुंबक या कोई अन्य गतिमान आवेश।
ऊर्जा परिवर्तन
एक बंद प्रणाली की कुल ऊर्जा संरक्षित है। अर्थात्, कुल राशि, सभी रूपों में, स्थिर रहती है, भले ही यह सिस्टम में वस्तुओं के बीच स्थानांतरित हो या रूप या प्रकार में परिवर्तन हो।
इसका एक प्रमुख उदाहरण हवा में फेंकी गई गेंद की गतिज, स्थितिज और कुल ऊर्जा का क्या होता है। मान लीजिए कि 0.5 किलोग्राम की गेंद को जमीनी स्तर से 20 मीटर/सेकेंड की प्रारंभिक गति से ऊपर की ओर लॉन्च किया जाता है। गेंद की यात्रा के प्रत्येक सेकंड में ऊंचाई और वेग निर्धारित करने के लिए हम निम्नलिखित गतिज समीकरणों का उपयोग कर सकते हैं:
v_f=v_i+at=20\text{ m/s}-gt\\ y_f=y_i+v_it+\frac{1}{2}at^2=(20 \text{ m/s})t-\frac{ जी}{2}टी^2
अगर हम अनुमानितजी10 मी/से के रूप में2, हम निम्न तालिका में दिखाए गए परिणाम प्राप्त करते हैं:
अब इसे ऊर्जा के नजरिए से देखते हैं। यात्रा के प्रत्येक सेकंड के लिए, हम संभावित ऊर्जा का उपयोग करके गणना कर सकते हैंएमजीएचऔर 1/2mv 1/2 का उपयोग कर गतिज ऊर्जा2. कुल ऊर्जा दोनों का योग है। संभावित, गतिज और कुल ऊर्जा के लिए हमारी तालिका में कॉलम जोड़ने पर, हम प्राप्त करते हैं:
•••ना
जैसा कि आप देख सकते हैं, इसके पथ की शुरुआत में, गेंद की सारी ऊर्जा गतिज है। जैसे-जैसे यह ऊपर उठता है, इसकी गति कम होती जाती है और ऊँचाई बढ़ती जाती है और गतिज ऊर्जा स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। जब यह अपने उच्चतम बिंदु पर होता है, तो सभी प्रारंभिक गतिज क्षमता में बदल जाते हैं, और फिर वापस नीचे गिरते ही प्रक्रिया उलट जाती है। पूरे पथ के दौरान, कुल ऊर्जा स्थिर रही।
यदि हमारे उदाहरण में घर्षण या अन्य अपव्यय बल शामिल थे, तो, जबकि कुल ऊर्जा अभी भी संरक्षित होगी, कुल यांत्रिक ऊर्जा नहीं होगी। कुल यांत्रिक ऊर्जा कुल ऊर्जा और ऊर्जा के बीच के अंतर के बराबर होगी जो अन्य प्रकारों में परिवर्तित हो जाती है, जैसे कि थर्मल या ध्वनि ऊर्जा।