ენერგიის ორი ძირითადი ფორმა არსებობს: კინეტიკური ენერგია და პოტენციური ენერგია.Კინეტიკური ენერგიაარის ობიექტის ან ნაწილაკის მოძრაობის ენერგია დაპოტენციური ენერგიაარის ენერგია, რომელიც დაკავშირებულია ობიექტის ან ნაწილაკის პოზიციასთან.
ზოგჯერ მაკროსკოპული ობიექტის მექანიკურ პროცესებთან დაკავშირებული კინეტიკური და პოტენციური ენერგია ერთობლივად მოიხსენიება, როგორცმექანიკური ენერგიადა გამორიცხოს ენერგიის ფორმები, რომლებიც დაკავშირებულია თერმულ, ქიმიურ და ატომურ პროცესებთან.
ეს ფიზიკის ფუნდამენტური კანონია, რომ დახურულ სისტემაში ხდება მთელი ენერგიის დაზოგვა. ეს არის მოხსენიებული, როგორცენერგიის შენარჩუნების კანონი. ეს არის ის, რომ ენერგიამ შეიძლება შეიცვალოს ფორმა ან გადავიდეს ერთი ობიექტიდან მეორეზე, საერთო რაოდენობა ყოველთვის უცვლელი რჩება სისტემაში, რომელიც შესანიშნავად არის იზოლირებული მისი გარემოდან.
გაანგარიშების გაანგარიშება ბევრი გაცნობითი ხასიათის ფიზიკის პრობლემებში, ხშირად ჩათვლიან, რომ ხახუნის და სხვა გამანადგურებელი ძალები უმნიშვნელოა, რის შედეგადაც დახურული სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია ცალკეა კონსერვირებული.
მექანიკური ენერგია შეიძლება გადაიქცეს თერმულად და სხვა სახის ენერგიად ხახუნის არსებობის დროს და ძნელი იქნება ნებისმიერი თერმული ენერგიის დაბრუნება მექანიკურ ენერგიად. (და შეუძლებელია ამის გაკეთება მთლიანად.) ამიტომაც არის, რომ მექანიკურ ენერგიაზე ხშირად საუბრობენ, როგორც ცალკე დაცულ რაოდენობას, მაგრამ, კიდევ ერთხელ, ეს მხოლოდ მაშინ ინახება, როდესაც არ არსებობს ხახუნის
ენერგიის SI ერთეულია ჯოული (J), სადაც 1 ჯოული = 1 ნიუტონი × 1 მეტრი.
პოტენციური ენერგიის ტიპები
პოტენციური ენერგია არის ენერგია ობიექტის ან ნაწილაკის პოზიციის ან განლაგების გამო. ზოგჯერ მას აღწერენ, როგორც შენახულ ენერგიას, მაგრამ ეს არ არის მთლიანი ზუსტი, რადგან კინეტიკური ენერგია ასევე შეიძლება ჩაითვალოს შენახულ ენერგიად, რადგან ის კვლავ შეიცავს მოძრავ ობიექტს. პოტენციური ენერგიის ძირითადი ტიპებია:
ელასტიური პოტენციური ენერგია, რომელიც არის ენერგია ისეთი ობიექტის დეფორმაციის სახით, როგორიცაა ზამბარა. როდესაც თქვენ გაწონასწორებული (მოსვენებული) მდგომარეობის მიღმა ზამბარს შეკუმშავთ ან გაჭიმავთ, მას ექნება ელასტიური პოტენციური ენერგია. როდესაც ამ გაზაფხული გამოიყოფა, ეს ელასტიური პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება კინეტიკურ ენერგიად.
იმ შემთხვევაში, თუ მასა შეჩერებულია ზამბარით, რომელიც შემდეგ იჭიმება და გამოიყოფა, მასა იცვლება ზემოთ და ქვემოთ, რადგან ხდება ელასტიური პოტენციური ენერგია კინეტიკური ენერგია, შემდეგ გარდაიქმნება პოტენციალში და ა.შ. (ზოგიერთი მექანიკური ენერგია გარდაიქმნება არა-მექანიკურ ფორმებში ხახუნის.)
გაზაფხულზე შენახული პოტენციური ენერგიის განტოლება მოცემულია შემდეგით:
PE_ {გაზაფხული} = \ frac {1} {2} k \ დელტა x ^ 2
სადკარის ზამბარის მუდმივა და Δx არის წონასწორობიდან გადაადგილება.
გრავიტაციული პოტენციური ენერგიაარის ენერგია, რომელიც გამოწვეულია ობიექტის პოზიციიდან გრავიტაციულ ველში. როდესაც ასეთ ველში ობიექტი გამოთავისუფლდება, ის დააჩქარებს და ეს პოტენციური ენერგია გადაიქცევა კინეტიკურ ენერგიად.
გრავიტაციული პოტენციური ენერგია მასის ობიექტისთვისმდედამიწის ზედაპირთან არის მოცემული:
PE_ {grav} = მგ
სადგარის გრავიტაციული მუდმივა 9,8 მ / წმ2დათარის სიმაღლე მიწის დონიდან.
გრავიტაციული პოტენციური ენერგიის მსგავსი,ელექტრო პოტენციური ენერგიაარის ელექტრულ ველში განლაგებული მუხტის მქონე ობიექტების შედეგი. ამ სფეროში გამოთავისუფლების შემთხვევაში, ისინი დააჩქარებენ ველის ხაზების გასწვრივ, ისევე როგორც დაცემით მასა და მათი ელექტროენერგეტიკული პოტენციალი გარდაიქმნება კინეტიკური ენერგიად.
ელექტრული პოტენციური ენერგიის ფორმულა არის წერტილოვანი მუხტიqმანძილირწერტილოვანი მუხტიდანQმოცემულია:
PE_ {elec, \ text {} poiny \ text {} charge} = \ frac {kqQ} {r}
სადკარის კულონის მუდმივი 8.99 × 109 ნმ2/ გ2.
თქვენ სავარაუდოდ იცნობთ ამ ტერმინსვოლტაჟი, რომელიც ეხება რაოდენობას, რომელსაც ეწოდებაელექტრო პოტენციალი. მუხტის ელექტრული პოტენციური ენერგიაqელექტროენერგიის პოტენციალიდან (ძაბვა,ვ) შემდეგით:
PE_q = qV
ქიმიური პოტენციური ენერგიაარის ენერგია, რომელიც ინახება ატომების ქიმიურ კავშირებსა და შემადგენლობებში. ეს ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას სხვა ფორმებში ქიმიური რეაქციების დროს. ცეცხლი ამის მაგალითია - ხანძრის დაწვისთანავე, წვის მასალის ქიმიური ბმების პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება სითბოდ და გამოსხივებულ ენერგიად. როდესაც საჭმელს მიირთმევთ, თქვენს სხეულში მიმდინარე პროცესები ქიმიურ ენერგიას გადააქცევს ენერგიად, რომელსაც თქვენი სხეული სჭირდება სიცოცხლის შესანარჩუნებლად და ცხოვრების ყველა ძირითადი ამოცანის შესასრულებლად.
ბირთვული პოტენციური ენერგიაარის ენერგია ატომურ ბირთვში. როდესაც ბირთვის შიგნით ნუკლეონები (პროტონები და ნეიტრონები) თავსებადად ახდენენ კომბინირების, დაშლის ან იცვლება ერთიდან მეორეზე (ან შერწყმის, გახლეჩის ან დაშლის შედეგად) გარდაიქმნება ბირთვული პოტენციური ენერგია ან გაათავისუფლეს.
ცნობილი E = mc2 განტოლება აღწერს ენერგიის რაოდენობას,ე, ასეთი პროცესების დროს გამოიყოფა მასის თვალსაზრისითმდა სინათლის სიჩქარეგ. ბირთვები შეიძლება დასრულდეს ქვედა საერთო მასით დაშლის ან შერწყმის შემდეგ და ამ მასის სხვაობა პირდაპირ ითარგმნება ბირთვული პოტენციური ენერგიის ოდენობაზე, რომელიც გარდაიქმნება სხვა ფორმებში, მაგალითად, გამოსხივებად და თერმული
კინეტიკური ენერგიის ტიპები
კინეტიკური ენერგია არის მოძრაობის ენერგია. მიუხედავად იმისა, რომ პოტენციური ენერგიის მქონე ობიექტს გადაადგილების პოტენციალი აქვს, კინეტიკური ენერგიის მქონე ობიექტი განიცდის მოძრაობას. კინეტიკური ენერგიის ძირითადი ტიპებია:
მექანიკური კინეტიკური ენერგია, რაც არის მასის მაკროსკოპული ობიექტის კინეტიკური ენერგიამმოძრაობს სიჩქარითვ. ეს მოცემულია ფორმულით:
KE_ {mech} = \ frac {1} {2} mv ^ 2
Რჩევები
სიმძიმის გამო ვარდნის ობიექტისთვის მექანიკური ენერგიის შენარჩუნება საშუალებას გვაძლევს დავადგინოთ მისი სიჩქარე, რადგან ის მოდის, მოძრაობის სტანდარტული მუდმივი აჩქარების განტოლებების გამოყენების გარეშე. უბრალოდ განსაზღვრეთ მთლიანი მექანიკური ენერგია, სანამ ობიექტი არ დაეცემა (მგჰ), შემდეგ კი რომელ სიმაღლეზეც არის, პოტენციური ენერგიის სხვაობა უნდა იყოს 1/2 მვ2. მას შემდეგ რაც იცოდეთ კინეტიკური ენერგია, შეგიძლიათ გადაწყვიტოთვ.
Თერმული ენერგია, ასევე ცნობილი როგორც სითბური ენერგია, არის ნივთიერების ვიბრაციის მოლეკულების შედეგი. რაც უფრო სწრაფად მოძრაობს მოლეკულები, მით მეტია თერმული ენერგია და მით უფრო ცხელი ობიექტი. რაც უფრო ნელი მოძრაობაა, მით უფრო ცივია ობიექტი. იმ ზღვარში, სადაც ყველა მოძრაობა ჩერდება, ობიექტის ტემპერატურა არის აბსოლუტური 0 კელვინის ერთეულებში.
ტემპერატურა არის საშუალო ტრანსლაციური კინეტიკური ენერგიის საზომი თითო მოლეკულაზე. იდეალური monatomic გაზის თერმული ენერგია მოცემულია ფორმულით:
E_ {თერმული} = \ frac {3} {2} Nk_BT
სადნარის ატომების რაოდენობა,თარის ტემპერატურა კელვინში დაკბარის ბოლცმანის მუდმივი 1,381 × 10-23 J / K
ზედაპირზე, ეს შეიძლება გავიგოთ, როგორც იგივე რამ, რაც მექანიკური კინეტიკური ენერგიაა. ეს არის ობიექტების (ამ შემთხვევაში მოლეკულების) ფიზიკური მოძრაობა გარკვეული სიჩქარით. მაგრამ ეს მოძრაობა ხდება მიკროსკოპული მასშტაბით უფრო დიდი ობიექტის შიგნით, ამიტომ აზრი აქვს მის მკურნალობას განსხვავებულად - განსაკუთრებით იმიტომ, რომ შეუძლებელია თითოეული მკაფიო მოლეკულის მოძრაობის აღრიცხვა შიგნით რამე!
გაითვალისწინეთ ისიც, რომ აზრი არ აქვს ამის აღრევას მექანიკური კინეტიკური ენერგია, რადგან ეს ენერგია ასე არ არის უბრალოდ გარდაიქმნება პოტენციურ ენერგიად ანალოგიურად, ჰაერში ბურთის კინეტიკური ენერგია არის
ტალღის ენერგიადახმაქმნიან კინეტიკური ენერგიის დამატებით ტიპს, რომელიც წარმოადგენს ტალღის მოძრაობასთან დაკავშირებულ ენერგიას. ტალღასთან ერთად, არეულობა გადადის საშუალოზე. ტალღის გავლისას ამ შუაში არსებული ნებისმიერი წერტილი მოხარშავს - მოძრაობის მიმართულებით გასწორებული (aგრძივი ტალღა) ან მასზე პერპენდიკულარულად (aგანივი ტალღა), ის რაც ტალღით ჩანს სიმზე.
მიუხედავად იმისა, რომ საშუალო წერტილები ადგილზე იცვლებიან, არეულობა თავისთავად გადაადგილდება ერთი ადგილიდან მეორეზე. ეს არის კინეტიკური ენერგიის ფორმა, რადგან ეს არის ფიზიკური მასალის მოძრაობის შედეგი.
ტალღასთან დაკავშირებული ენერგია, როგორც წესი, პირდაპირპროპორციულია ტალღის ამპლიტუდის კვადრატისა. თუმცა ზუსტი ურთიერთობა დამოკიდებულია ტალღის ტიპზე და საშუალოზე, რომლის მიხედვითაც ის მოძრაობს.
ტალღის ერთ-ერთი ტიპია ბგერითი ტალღა, რომელიც გრძივი ტალღაა. ეს არის შედეგი კომპრესიებისგან (რეგიონები, სადაც საშუალო იკუმშება) და იშვიათი მოქმედებები (რეგიონები, სადაც საშუალო ნაკლებად არის შეკუმშული), ძირითადად, ჰაერში ან სხვა მასალაში.
გამოსხივებული ენერგიაუკავშირდება ტალღის ენერგიას, მაგრამ ეს არ არის ერთნაირი. ეს არის ენერგია ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სახით. თქვენ შეიძლება ყველაზე კარგად იცნობთ ხილულ სინათლეს, მაგრამ ეს ენერგია გვხვდება ისეთი ტიპებით, რომელთა დანახვაც ჩვენ ვერ შეგვიძლია, როგორიცაა რადიოტალღები, მიკროტალღური ღუმელები, ინფრაწითელი, ულტრაიისფერი, რენტგენი და გამა სხივები. ეს არის ენერგია, რომელსაც ფოტონები - სინათლის ნაწილაკები ატარებენ. როგორც ამბობენ, ფოტონები აჩვენებენ ნაწილაკების / ტალღების ორმაგობას, რაც ნიშნავს, რომ ისინი მოქმედებენ როგორც ტალღა, ისე ნაწილაკი.
გამოსხივებული ენერგია განსხვავდება რეგულარული ტალღებისგან ძალზე კრიტიკული გზით: მას არ სჭირდება საშუალება, რომლის მეშვეობითაც იმოგზაურებს. ამის გამო, მას შეუძლია იმოგზაუროს სივრცის ვაკუუმში. ყველა ელექტრომაგნიტური გამოსხივება სინათლის სიჩქარით მოძრაობს (უსწრაფესი სიჩქარე სამყაროში!) ვაკუუმში.
გაითვალისწინეთ, რომ ფოტონს არ აქვს მასა, ამიტომ ჩვენ არ შეგვიძლია უბრალოდ გამოვიყენოთ მექანიკური კინეტიკური ენერგიის განტოლება ასოცირებული კინეტიკური ენერგიის დასადგენად. ამის ნაცვლად, ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებასთან დაკავშირებული ენერგია მოცემულია E = hf, სადაცვარის სიხშირე დათარის პლანკის მუდმივი 6.626 × 10-34 ჯს
ელექტროენერგია: მოძრავ მუხტთან დაკავშირებული კინეტიკური ენერგია იგივე მექანიკური კინეტიკური ენერგიაა 1/2 მვ2; ამასთან, მოძრავი მუხტი წარმოქმნის მაგნიტურ ველს. მაგნიტურ ველს, ისევე როგორც გრავიტაციულ ან ელექტრულ ველს, აქვს შესაძლებლობა გაავრცელოს პოტენციური ენერგია ყველაფერზე, რაც მას შეუძლია "იგრძნოს" - მაგნიტი ან სხვა მოძრავი მუხტი.
ენერგიის გარდაქმნები
დახურული სისტემის მთლიანი ენერგია ინახება. ანუ, საერთო რაოდენობა, ყველა ფორმით, რჩება მუდმივი მაშინაც კი, თუ იგი გადადის სისტემაში არსებულ ობიექტებს შორის ან შეიცვლის ფორმას ან ტიპს.
ამის მთავარი მაგალითია ის, რაც ხდება ჰაერში გადაგდებული ბურთის კინეტიკური, პოტენციური და მთლიანი ენერგიის დროს. დავუშვათ, 0,5 კგ ბურთი მიწის დონიდან მაღლა იწყებს თავდაპირველი სიჩქარით 20 მ / წმ. ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ შემდეგი კინემატიკური განტოლებები, რომ განვსაზღვროთ ბურთის სიმაღლე და სიჩქარე მისი მოგზაურობის თითოეულ წამში:
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 { g} {2} t ^ 2
თუ მიახლოებითგროგორც 10 მ / წმ2, შედეგებს ვიღებთ შემდეგ ცხრილში:
მოდით შევხედოთ მას ენერგეტიკული პერსპექტივიდან. მოგზაურობის თითოეული წამისთვის ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ პოტენციური ენერგიამგჰდა კინეტიკური ენერგია 1/2 მვ გამოყენებით2. მთლიანი ენერგია არის ორის ჯამი. ჩვენს მაგიდასთან სვეტების დამატება პოტენციური, კინეტიკური და მთლიანი ენერგიისთვის, მივიღებთ:
•••ნა
როგორც ხედავთ, მისი გზის დასაწყისში, ბურთის მთელი ენერგია კინეტიკურია. როგორც კი ის იზრდება, მისი სიჩქარე მცირდება და სიმაღლე იზრდება, ხოლო კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნება პოტენციურ ენერგიად. როდესაც ის თავის უმაღლეს წერტილზეა, ყველა საწყისი კინეტიკა გადაიქცა პოტენციალში, შემდეგ კი პროცესი შებრუნდება, როდესაც ის ჩავარდება. მთელი გზის განმავლობაში, მთელი ენერგია უცვლელი რჩებოდა.
თუ ჩვენს მაგალითში შეიცავდა ხახუნს ან სხვა გამფრქვევ ძალებს, მაშინ, როდესაც მთლიანი ენერგია მაინც დაიზოგებოდა, მთლიანი მექანიკური ენერგია არა. მთლიანი მექანიკური ენერგია ტოლი იქნება სხვაობის საერთო ენერგიასა და სხვა ტიპის, მაგალითად თერმული ან ხმოვანი ენერგიის გარდაქმნულ ენერგიას შორის სხვაობა.