आप शायद अपने दैनिक जीवन में ऊर्जा शब्द का प्रयोग हर समय करते हैं, लेकिन इसका वास्तव में क्या अर्थ है? जब आप कहते हैं, "मेरे पास आज ऊर्जा नहीं है," या "उन बच्चों को कुछ ऊर्जा जलाने की ज़रूरत है" जैसी बातें कहने पर आपको कितनी भौतिक मात्रा मिल रही है?
शब्द का बोलचाल में इस्तेमाल से आपको शुरुआती तौर पर अंदाजा हो सकता है कि ऊर्जा क्या है, लेकिन इस लेख में आप जानें कि भौतिक विज्ञानी ऊर्जा को कैसे परिभाषित करते हैं, जानें कि विभिन्न प्रकार की ऊर्जा क्या है और इसके साथ कुछ उदाहरण देखें मार्ग।
ऊर्जा की परिभाषा
ऊर्जा कार्य करने या परिवर्तन करने की क्षमता है। यह बल से भिन्न है। एक बल वह चीज है जो परिवर्तन का कारण बनती है, जबकि ऊर्जा को बल के पीछे की प्रेरणा माना जा सकता है। बल लगाने के लिए ऊर्जा लगती है, और किसी वस्तु पर बल लगाने से अक्सर ऊर्जा स्थानांतरित होती है।
ऊर्जा का SI मात्रक जूल है जहाँ 1 जूल = 1 न्यूटन × 1 मीटर या 1 kg⋅m2/एस2. अन्य इकाइयों में कैलोरी, किलोकैलोरी और किलोवाट-घंटे शामिल हैं।
ऊर्जा के प्रकार
ऊर्जा के दो सबसे मौलिक रूप हैं:संभावित ऊर्जातथागतिज ऊर्जा. स्थितिज ऊर्जा संग्रहीत ऊर्जा है जबकि गतिज ऊर्जा गति की ऊर्जा है।
वैज्ञानिक आमतौर पर इन ऊर्जा प्रकारों के मैक्रोस्कोपिक और सूक्ष्म संस्करणों के बीच अंतर करते हैं। उदाहरण के लिए, संभावित ऊर्जा जो गुरुत्वाकर्षण के कारण या संकुचित स्प्रिंग के कारण जमा हो जाता है, कहलाता हैयांत्रिकसंभावित ऊर्जा। लेकिन वस्तुओं में एक अलग प्रकार की संभावित ऊर्जा भी हो सकती है जो एक परमाणु नाभिक में अणुओं और न्यूक्लियंस के बीच के बंधनों में संग्रहीत होती है।
यांत्रिक गतिज ऊर्जा एक मैक्रोस्कोपिक वस्तु की गति के कारण होने वाली ऊर्जा है। लेकिन किसी भी वस्तु के अंदर, अणुओं की अपनी एक अलग प्रकार की गतिज ऊर्जा होती है।
किसी वस्तु की यांत्रिक क्षमता और गतिज ऊर्जा के योग को उसकी. कहते हैंकुल यांत्रिक ऊर्जा. यह वस्तु की कुल ऊर्जा के समान नहीं है, जो इसकी ऊर्जा के सभी रूपों का योग होगा, जिसमें थर्मल, रासायनिक आदि शामिल हैं।
आणविक बंधों में संग्रहीत स्थितिज ऊर्जा का प्रकार ऊर्जा का एक रूप है जिसे कहा जाता हैरासायनिकऊर्जा। परमाणु बंधों या नाभिकीय बंधों में संचित ऊर्जा कहलाती हैपरमाणुऊर्जा यानाभिकीयऊर्जा।
अणुओं के कंपन और गति के कारण आणविक स्तर पर मौजूद गतिज ऊर्जा कहलाती हैथर्मलऊर्जा यातपिशऊर्जा। जब आप तापमान मापते हैं, तो आप इस प्रकार की ऊर्जा की औसत मात्रा को माप रहे होते हैं।
यांत्रिक संभावित ऊर्जा अधिक विस्तार से
सबसे आम प्रकार की यांत्रिक संभावित ऊर्जा जिनके बारे में आप सीख सकते हैं उनमें शामिल हैं:
- गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा:गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में उसके स्थान के आधार पर किसी वस्तु में संग्रहीत ऊर्जा। उदाहरण के लिए, पृथ्वी के ऊपर रखी एक गेंद में गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा होती है। जारी होने पर, यह परिणामस्वरूप गिर जाएगा।
- विद्युत संभावित ऊर्जा:यह विद्युत क्षेत्र में अपनी स्थिति के कारण आवेशित वस्तु में संग्रहीत ऊर्जा है। उदाहरण के लिए, एक सर्किट में इलेक्ट्रॉन बैटरी के कारण एक निश्चित मात्रा में विद्युत संभावित ऊर्जा से संपन्न हो जाएंगे। जब सर्किट जुड़ा होता है, तो इससे इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है।
- चुंबकीय संभावित ऊर्जा:यह एक चुंबकीय क्षेत्र में अपने स्थान के कारण चुंबकीय क्षण के साथ किसी वस्तु में संग्रहीत ऊर्जा है। विचार करें कि जब आप दो बटन चुम्बकों को एक दूसरे के पास रखते हैं और आप उन्हें खींचते हुए महसूस करते हैं; यह चुंबकीय संभावित ऊर्जा के कारण है।
- लोचदार ऊर्जा क्षमता:यह एक लोचदार सामग्री में संग्रहीत ऊर्जा है। उदाहरण के लिए, एक फैला हुआ रबर बैंड ऊर्जा को संग्रहीत करता है, जैसा कि एक संपीड़ित वसंत होता है। जब दोनों को रिहा किया जाएगा, तो वे चले जाएंगे।
यांत्रिक गतिज ऊर्जा अधिक विस्तार से
यांत्रिक गतिज ऊर्जा स्थितिज ऊर्जा से इस मायने में भिन्न है कि यह गति से जुड़ी है, और यह केवल एक ही प्रकार में आती है। एक साधारण समीकरण द्रव्यमान की किसी भी वस्तु की गतिज ऊर्जा देता हैमगति से चल रहा हैवी. अर्थात्:
केई = \frac{1}{2}एमवी^2
कोई वस्तु जितनी तेजी से चलती है या जितनी भारी होती है, उतनी ही अधिक गतिज ऊर्जा होती है।
जब कोई वस्तु जिसमें स्थितिज ऊर्जा होती है, उसे मुक्त किया जाता है और उसे स्वतंत्र रूप से चलने दिया जाता है, तो वह गति करना शुरू कर देगी। फलस्वरूप इसकी गतिज ऊर्जा में वृद्धि होती है। उसी समय, संभावित ऊर्जा कम हो जाती है। नेट में, वस्तु की कुल यांत्रिक ऊर्जा स्थिर रहती है (यह मानते हुए कि कोई घर्षण या समान बल कार्य नहीं करते हैं), बस ऊर्जा बदलती है।
ऊर्जा के लिए समीकरण
अंतिम खंड में यांत्रिक गतिज ऊर्जा के समीकरण को पेश किया गया था। विभिन्न प्रकार की संभावित ऊर्जाओं के साथ-साथ समीकरण भी हैं जो ऊर्जा और अन्य भौतिक मात्राओं के बीच संबंध का वर्णन करते हैं।
द्रव्यमान की गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा potentialमऊंचाई परएचपृथ्वी के ऊपर है:
PE_{grav} = mgh
कहा पेजी= 9.8 मी/से2 गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है।
आवेश की विद्युत स्थितिज ऊर्जा energyक्यूवोल्टेज परवीसादा है:
पीई_{इलेक} = क्यूवी
एक वसंत में संग्रहीत संभावित ऊर्जा द्वारा दिया गया है:
PE_{वसंत} = \frac{1}{2}k\डेल्टा x^2
कहा पेकहै वसंत निरंतर (एक स्थिरांक जो वसंत की कठोरता पर निर्भर करता है) औरxवह राशि है जिसके द्वारा वसंत को संकुचित या फैलाया जाता है।
ऊष्मीय ऊर्जा परिवर्तन (उर्फ ऊष्मा ऊर्जा स्थानांतरित) निम्नलिखित समीकरण द्वारा दिया जाता है:
क्यू = एमसी\डेल्टा टी
कहा पेक्यूऊर्जा है,मद्रव्यमान है,सीविशिष्ट ताप क्षमता है औरटीकेल्विन की इकाइयों में तापमान परिवर्तन है।
भौतिक मात्रा कार्य (बल और विस्थापन के उत्पाद के रूप में परिभाषित) में ऊर्जा (J या Nm) के समान इकाइयाँ होती हैं। दो मात्राएँ, कार्य और गतिज ऊर्जा, कार्य-गतिज ऊर्जा प्रमेय के माध्यम से संबंधित हैं, जो बताता है कि किसी वस्तु पर शुद्ध कार्य वस्तु की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर है।
ऊर्जा संरक्षण का नियम
प्रकृति का एक मौलिक तथ्य यह है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है। यह संक्षेप में है ऊर्जा संरक्षण का नियम. यह नियम कहता है कि किसी विलगित निकाय की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है।
जबकि कुल ऊर्जा स्थिर रहती है, यह रूप बदल सकती है और अक्सर करती है। संभावित गतिज में बदल सकता है, गतिज तापीय ऊर्जा में बदल सकता है और इसी तरह। लेकिन कुल राशि हमेशा समान रहती है।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह कानून एक पृथक प्रणाली को निर्दिष्ट करता है। एक पृथक प्रणाली वह है जिसमें अपने परिवेश के साथ किसी भी तरह से बातचीत नहीं कर सकता है। ब्रह्मांड में एकमात्र संभवतः पूरी तरह से अलग-थलग प्रणाली है, ठीक है, ब्रह्मांड ही। हालांकि, पृथ्वी पर कई सिस्टम बनाना संभव है जो अलग-थलग होने के करीब हैं (जैसे घर्षण को नगण्य बनाना संभव है, भले ही यह कभी भी 0 न हो।)
ऊर्जा रूपांतरण कई तरह से हो सकता है, आमतौर पर संग्रहीत ऊर्जा को किसी प्रकार की गतिज ऊर्जा के रूप में या उज्ज्वल ऊर्जा के रूप में जारी किया जाता है।
रासायनिक ऊर्जा, उदाहरण के लिए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी की जा सकती है। इस तरह की प्रतिक्रिया के दौरान यह रासायनिक संभावित ऊर्जा से किसी अन्य रूप में बदल जाता है, जिसमें विकिरण ऊर्जा या गर्मी ऊर्जा शामिल हो सकती है।
परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान परमाणु ऊर्जा निकलती है। यहीं पर आइंस्टीन के प्रसिद्धई = एमसी2समीकरण चलन में आता है (ऊर्जा प्रकाश वर्ग की गति के द्रव्यमान के बराबर होती है)। एक नाभिक का द्रव्यमान जो ऊर्जा मुक्त करने के लिए अलग हो जाता है, अंत में आइंस्टीन के सूत्र द्वारा निर्धारित मात्रा से थोड़ा हल्का होगा। यह जितना पागल लगता है, द्रव्यमान को ही संभावित ऊर्जा का एक रूप माना जा सकता है।
पृथ्वी पर प्रयोग करने योग्य विद्युत ऊर्जा के स्रोत
यहाँ पृथ्वी पर, आप अक्सर विद्युत ऊर्जा का उपयोग करते हैं। हर बार जब आप अपने घर में लाइट जलाते हैं या इलेक्ट्रॉनिक स्क्रीन से कुछ पढ़ते हैं जैसे आप अभी हैं, तो आप विद्युत ऊर्जा का उपयोग कर रहे हैं। लेकिन यह ऊर्जा कहां से आती है?
स्पष्ट उत्तर बैटरी या वॉल आउटलेट है, लेकिन वास्तविक प्राथमिक स्रोत क्या है?
जब बैटरी की बात आती है, तो ऊर्जा को अक्सर बैटरी सेल में रासायनिक रूप से संग्रहीत किया जाता है, लेकिन कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की आवश्यकता होती है कि उनकी बैटरी को दीवार के आउटलेट से जोड़कर रिचार्ज किया जाए।
बिजली लाइनों के माध्यम से आपके घर में आने वाली ऊर्जा कहीं न कहीं किसी पावर प्लांट से निकलती है। बिजली संयंत्रों में ऊर्जा के संचयन और इसे विद्युत ऊर्जा में बदलने के कई अलग-अलग तरीके हैं।
बिजली संयंत्रों द्वारा काटे गए और बिजली में परिवर्तित ऊर्जा के कुछ सामान्य स्रोतों में शामिल हैं:
- सौर ऊर्जा:यह दीप्तिमान ऊर्जा है जो सूर्य से आती है और इसे सौर कोशिकाओं द्वारा ग्रहण किया जा सकता है।
- भूतापीय ऊर्जा:यह जमीन की गहराई में पाई जाने वाली तापीय ऊर्जा है जिसे बाद में उपयोग के लिए पृथ्वी की सतह पर स्थानांतरित किया जा सकता है।
- जीवाश्म ईंधन:इनमें कोयला और तेल शामिल हैं, जिन्हें अक्सर रासायनिक बांडों में संग्रहीत ऊर्जा को मुक्त करने के लिए जलाया जाता है।
- परमाणु ऊर्जा:परमाणु ऊर्जा संयंत्र परमाणु नाभिक को तोड़कर और परमाणु बंधनों में संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग करके ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।
- जलविद्युत ऊर्जा:यह ऊर्जा है जो गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा के साथ-साथ बहते पानी में गतिज ऊर्जा से आती है।
- पवन ऊर्जा:पवन ऊर्जा की कटाई के लिए विशाल टर्बाइनों का उपयोग किया जाता है। हवा टर्बाइनों को घुमाती है, उनकी ऊर्जा को उनमें स्थानांतरित करती है।
मानव शरीर में ऊर्जा
इस लेख की शुरुआत में याद रखें, जहां वाक्यांश, "मेरे पास आज ऊर्जा नहीं है," और, "उन बच्चों को कुछ ऊर्जा जलाने की जरूरत है" का उल्लेख किया गया था? मनुष्य हर समय ऊर्जा का उपयोग करता है, न कि केवल अपने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से। आपके शरीर की बड़ी गतियों और आपके शरीर के भीतर छोटी प्रक्रियाओं दोनों के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
दौड़ने, चलने, तैरने या यहां तक कि अपने दांतों को ब्रश करने में भी ऊर्जा लगती है। गतिज ऊर्जा याद है? जब आप चलते हैं, तो आप गतिज ऊर्जा के माध्यम से ऐसा कर रहे होते हैं। वह ऊर्जा कहीं से आनी है।
आपके शरीर में चलने वाली कई अदृश्य प्रक्रियाओं को भी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जैसे कि सांस लेना, आपके रक्त का संचार करना, पचाना आदि।
मनुष्य अपनी ऊर्जा कहाँ से प्राप्त करता है? खाना, बिल्कुल! आप जो खाना खाते हैं उसमें रासायनिक ऊर्जा जमा होती है। जब वह भोजन आपके पेट में जाता है, तो आपके पेट का अम्ल भोजन को तोड़ देता है, और निश्चित भोजन के अणु आपके शरीर के उन सभी विभिन्न स्थानों पर अपना रास्ता बनाते हैं जिनकी आवश्यकता हो सकती है ऊर्जा। फिर जरूरत पड़ने पर एक छोटी सी रासायनिक प्रतिक्रिया से ऊर्जा प्राप्त होती है।
अब, यदि आप पूरे दिन नहीं खाते हैं और बहुत अधिक भागदौड़ करते हैं, तो आप बहुत अधिक ऊर्जा खर्च करते हैं और जब तक आप भोजन नहीं करते हैं और अपने शरीर को उसकी जरूरत से अधिक प्रदान नहीं करते हैं, तब तक आप "सूखा" महसूस करेंगे।