რა არის ენერგია ფიზიკაში? (w / ფორმულა და მაგალითები)

თქვენ ყოველდღიურად იყენებთ სიტყვას ენერგია მუდმივად, მაგრამ რას ნიშნავს ეს სინამდვილეში? რა ფიზიკურ რაოდენობას იღებთ, როდესაც ამბობთ ისეთ სიტყვებს, როგორიცაა: ”დღეს ენერგია არ მაქვს”, ან ”იმ ბავშვებმა უნდა დახარჯონ ენერგია”?

ამ სიტყვის სასაუბრო გამოყენებამ შეიძლება მოგცეთ საწყისი ენერგიის გაგება, თუ რა არის ენერგია, მაგრამ ამ სტატიაში ასე მოგეცემათ გაეცანით როგორ განსაზღვრავენ ფიზიკოსები ენერგიას, შეისწავლიან ენერგიის სხვადასხვა ტიპებს და იხილეთ რამდენიმე მაგალითი გზა

ენერგია არის სამუშაოს შესრულების ან ცვლილებების შეტანის უნარი. ის განსხვავდება ძალისგან. ძალა არის ის, რაც იწვევს ცვლილებას, ხოლო ენერგია შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ძალა იმპულსისკენ. ენერგია სჭირდება იმისთვის, რომ ძალა გამოიყენოს და ობიექტზე ძალის გამოყენება მას ხშირად ენერგიას გადასცემს.

ენერგიის SI ერთეულია ჯოული, სადაც 1 ჯოული = 1 ნიუტონი × 1 მეტრი ან 1 კგ / მ²/ წმ². სხვა ერთეულებში შედის კალორიები, კილოკალორიები და კილოვატ საათები.

ენერგიის ორი ყველაზე ფუნდამენტური ფორმააპოტენციური ენერგია

მეცნიერები, ჩვეულებრივ, განასხვავებენ ამ ენერგიის ტიპების მაკროსკოპულ და მიკროსკოპულ ვერსიებს. Მაგალითად, პოტენციური ენერგია რომ ინახება სიმძიმის გამო ან შეკუმშული ზამბარის გამო ეწოდებამექანიკურიპოტენციური ენერგია. მაგრამ ობიექტებს შეიძლება ჰქონდეთ სხვა სახის პოტენციური ენერგია, რომელიც ინახება მოლეკულებსა და ატომურ ბირთვში არსებულ ბირთვებში.

მექანიკური კინეტიკური ენერგია არის მაკროსკოპული ობიექტის მოძრაობის შედეგად გამოწვეული ენერგია. მაგრამ ნებისმიერი ობიექტის შიგნით, თავად მოლეკულებს აქვთ განსხვავებული ტიპის საკუთარი კინეტიკური ენერგიები.

ობიექტის მექანიკური პოტენციალისა და კინეტიკური ენერგიის ჯამს მას უწოდებენმთლიანი მექანიკური ენერგია. ეს არ არის იგივე, რაც ობიექტის მთლიანი ენერგია, რაც იქნება მისი ენერგიის ყველა ფორმის ჯამი, მათ შორის თერმული, ქიმიური და ა.შ.

მოლეკულურ კავშირებში შენახული პოტენციური ენერგიის სახეობა არის ენერგიის ფორმა, რომელსაც ეწოდებაქიმიურიენერგია ატომურ ობლიგაციებში ან ბირთვულ ობლიგაციებში შენახულ ენერგიას ეწოდებაატომურიენერგია ანბირთვულიენერგია

კინეტიკური ენერგია, რომელიც არსებობს მოლეკულურ დონეზე მოლეკულების ვიბრაციებისა და მოძრაობების გამო, ეწოდებათერმულიენერგია ანსიცხეენერგია ტემპერატურის გაზომვისას თქვენ ამ ტიპის ენერგიის საშუალო რაოდენობას იზომება.

მექანიკური პოტენციური ენერგიის ყველაზე გავრცელებული ტიპები, რომელთა შესახებ შეიძლება გაიგოთ, მოიცავს:

• ​გრავიტაციული პოტენციური ენერგია:ობიექტში შენახული ენერგია გრავიტაციულ ველში მისი მდებარეობის საფუძველზე. მაგალითად, დედამიწის მაღლა გამართულ ბურთს აქვს გრავიტაციული პოტენციური ენერგია. გამოთავისუფლების შედეგად, ის დაეცემა.
• ​ელექტროენერგიის პოტენციალი:ეს არის დამუხტულ ობიექტში შენახული ენერგია ელექტრულ ველში მისი მდგომარეობის გამო. მაგალითად, ელექტრულ წრეში ბატარეის გამო ელექტრონული პოტენციური ენერგია მიიღება. როდესაც ჩართულია ჩართვა, ეს იწვევს ელექტრონების დინებას.
• ​მაგნიტური პოტენციური ენერგია:ეს არის მაგნიტური მომენტის მქონე ობიექტში შენახული ენერგია მაგნიტურ ველში მდებარეობის გამო. გაითვალისწინეთ, როდესაც ღილაკზე ორი მაგნიტი გაქვთ ერთმანეთთან ახლოს და გრძნობთ, როგორ ირევიან; ეს არის მაგნიტური პოტენციური ენერგიის გამო.
• ​ელასტიური პოტენციური ენერგია:ეს არის ელასტიურ მასალაში შენახული ენერგია. მაგალითად, დაჭიმულ რეზინის ზოლს აქვს შენახული ენერგია, ისევე როგორც შეკუმშული ზამბარა. როდესაც რომელიმე გაათავისუფლეს, ისინი გადაადგილდებიან.

მექანიკური კინეტიკური ენერგია განსხვავდება პოტენციური ენერგიისგან იმით, რომ ის ასოცირდება მოძრაობასთან და ის მოდის მხოლოდ ერთი ჯიშისგან. მარტივი განტოლება იძლევა მასის ნებისმიერი ობიექტის კინეტიკურ ენერგიასმსიჩქარით მოძრაობსვ. ეს არის:

ობიექტი რაც უფრო სწრაფად მოძრაობს ან მძიმეა, მით უფრო მეტი კინეტიკური ენერგია აქვს მას.

როდესაც ობიექტი, რომელსაც აქვს პოტენციური ენერგია, გამოთავისუფლდება და თავისუფლად იმოძრავებს, ის დაიწყებს დაჩქარებას. შედეგად, მისი კინეტიკური ენერგია იზრდება. ამავე დროს, პოტენციური ენერგია იკლებს. ქსელში, ობიექტის მთლიანი მექანიკური ენერგია მუდმივი რჩება (ვთქვათ, რომ არ მოქმედებს ხახუნი ან მსგავსი ძალები), უბრალოდ ენერგია იცვლის ფორმას.

ბოლო განყოფილებაში დაინერგა მექანიკური კინეტიკური ენერგიის განტოლება. ასევე არსებობს ფორმულები სხვადასხვა ტიპის პოტენციური ენერგიებისთვის, ასევე განტოლებები, რომლებიც აღწერს ენერგეტიკულ და სხვა ფიზიკურ სიდიდეებს შორის ურთიერთობას.

მასის გრავიტაციული პოტენციური ენერგიამსიმაღლეზეთდედამიწის ზემოთ მდებარეობს:

სადგ= 9,8 მ / წმ² არის აჩქარება სიმძიმის გამო.

მუხტის ელექტრული პოტენციური ენერგიაqძაბვის დროსვუბრალოდ:

გაზაფხულზე შენახული პოტენციური ენერგია მოცემულია:

სადკარის გაზაფხულის მუდმივი (მუდმივი, რომელიც დამოკიდებულია ზამბარის სიმკვრივეზე) დაΔxარის თანხა, რომლითაც ხდება გაზაფხულის შეკუმშვა ან დაჭიმვა.

თერმული ენერგიის ცვლილება (იგივე სითბოს ენერგია გადაცემულია) მოცემულია შემდეგი განტოლებით:

სადQარის ენერგია,მარის მასა,გარის კონკრეტული სითბოს ტევადობა დაΔTარის ტემპერატურის ცვლილება კელვინის ერთეულებში.

ფიზიკური რაოდენობის მუშაობას (განისაზღვრება, როგორც ძალისა და გადაადგილების პროდუქტი) აქვს იგივე ერთეულები, როგორც ენერგია (J ან Nm). ორი სიდიდე, სამუშაო და კინეტიკური ენერგია, დაკავშირებულია სამუშაო – კინეტიკური ენერგიის თეორემის საშუალებით, სადაც ნათქვამია, რომ ობიექტზე წმინდა სამუშაო უდრის ობიექტის კინეტიკური ენერგიის ცვლილებას.

ბუნების ფუნდამენტური ფაქტია ის, რომ ენერგიის შექმნა ან განადგურება შეუძლებელია. ეს შეჯამებულია ენერგიის შენარჩუნების კანონი. ამ კანონში ნათქვამია, რომ იზოლირებული სისტემის მთლიანი ენერგია მუდმივი რჩება.

მიუხედავად იმისა, რომ მთლიანი ენერგია მუდმივი რჩება, მას შეუძლია და ხშირად ცვლის ფორმას. პოტენციალი შეიძლება შეიცვალოს კინეტიკური, კინეტიკური შეიძლება შეიცვალოს თერმული ენერგიით და ა.შ. მაგრამ საერთო თანხა ყოველთვის იგივე რჩება.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ეს კანონი განსაზღვრავს იზოლირებულ სისტემას. იზოლირებული სისტემა არის ის, რომელშიც არავითარ შემთხვევაში არ შეუძლია ურთიერთქმედება მის გარემოცვასთან. სამყაროში ერთადერთი, შესაძლოა, იდეალურად იზოლირებული სისტემაა, თვით სამყარო. ამასთან, დედამიწაზე შესაძლებელია მრავალი სისტემის გაკეთება, რომლებიც იზოლირებას ახლოსაა (ისევე, როგორც შესაძლებელია ხახუნის გაკეთება უმნიშვნელო იყოს, მაშინაც კი, თუ ის არასდროს არის 0)

ენერგიის გარდაქმნა შეიძლება მრავალი გზით მოხდეს, ჩვეულებრივ, შენახული ენერგია გამოიყოფა როგორც კინეტიკური ენერგია, ან რადიაციული ენერგია.

მაგალითად, ქიმიური ენერგია შეიძლება გამოიყოს ქიმიური რეაქციების დროს. ასეთი რეაქციის დროს ის ქიმიური პოტენციური ენერგიიდან გადადის სხვა ფორმით, რომელიც შეიძლება მოიცავდეს გამოსხივებულ ენერგიას ან სითბოს ენერგიას.

ბირთვული ენერგია გამოიყოფა ბირთვული რეაქციის დროს. ეს არის სადაც აინშტაინის ცნობილიE = mc²განტოლება ძალაში შედის (ენერგია ტოლია მასაზე გამრავლებული სინათლის კვადრატში). ბირთვის მასა, რომელიც დანაწევრდება ენერგიის გამოსათავისუფლებლად, ბოლოს ოდნავ მსუბუქია აინშტაინის ფორმულით განსაზღვრული რაოდენობით. რამდენადაც გიჟური ჟღერს, მასა შეიძლება ჩაითვალოს პოტენციური ენერგიის ფორმად.

აქ, დედამიწაზე, თქვენ ხშირად იყენებთ ელექტროენერგიას. ყოველთვის, როდესაც თქვენს სახლში აინთებთ შუქს ან წაიკითხავთ ელექტრონულ ეკრანზე რაღაცას, როგორც ახლა ხართ, თქვენ იყენებთ ელექტრო ენერგიას. მაგრამ საიდან მოდის ეს ენერგია?

აშკარა პასუხია ბატარეები ან კედლის გასასვლელი, მაგრამ რა არის სინამდვილეში ძირითადი წყარო?

რაც შეეხება ბატარეებს, ენერგია ხშირად ქიმიურად ინახება ბატარეის უჯრედში, მაგრამ მრავალი ელექტრონული მოწყობილობა საჭიროებს ბატარეების დატენვას კედლის გასასვლელთან მიერთებით.

ენერგია, რომელიც თქვენს სახლში მოდის ელექტროგადამცემი ხაზებით, სადღაც ელექტროსადგურში მოდის. ელექტროსადგურებს ენერგიის მოსავლისა და ელექტროენერგიად გადაქცევის მრავალი სხვადასხვა გზა აქვთ.

ელექტროენერგიის მიერ მოპოვებული და ელექტროენერგიად გადაქცეული ენერგიის ზოგიერთი საერთო წყარო მოიცავს:

• ​Მზის ენერგია:ეს არის გამოსხივებული ენერგია, რომელიც მზიდან მოდის და მისი დაჭერა მზის უჯრედებს შეუძლიათ.
• ​Გეოთერმული ენერგია:ეს არის თერმული ენერგია, რომელიც მიწის სიღრმეშია ნაპოვნი, რომლის გამოყენება შესაძლებელია შემდეგ დედამიწის ზედაპირზე.
• ​Წიაღისეული:ამაში შედის ნახშირი და ზეთი, რომლებიც ხშირად იწვება ქიმიურ ობლიგაციებში შენახული ენერგიის გამოსაყოფად.
• ​Ბირთვული ენერგია:ბირთვული ელექტროსადგურები წარმოქმნიან ენერგიას ატომური ბირთვების გაწყვეტით და ბირთვულ კავშირებში შენახული ენერგიის აღებით.
• ​ჰიდროელექტრო ენერგია:ეს არის ენერგია, რომელიც მოდის გრავიტაციული პოტენციური ენერგიიდან, ასევე კინეტიკური ენერგიიდან მოედინება წყალში.
• ​Ქარის ენერგია:ქარის ენერგიის მოსავლელად იყენებენ გიგანტურ ტურბინებს. ქარი ტურბინებს ატრიალებს და ენერგიას მათ გადასცემს.

გახსოვდეთ ამ სტატიის დასაწყისში, სადაც აღინიშნა ფრაზები: ”დღეს უბრალოდ ენერგია არ მაქვს” და ”იმ ბავშვებმა უნდა დახარჯონ ენერგია”? ადამიანები იყენებენ ენერგიას მუდმივად და არა მხოლოდ მათი ელექტრონული მოწყობილობებიდან. თქვენი სხეულის დიდი მოძრაობები და სხეულის მცირე პროცესები ენერგიას მოითხოვს.

ენერგია სჭირდება სირბილს, ლაშქრობას, ცურვას ან თუნდაც უბრალოდ კბილების გახეხვას. გახსოვთ კინეტიკური ენერგია? როდესაც მოძრაობ, ამას აკეთებ კინეტიკური ენერგიის საშუალებით. ეს ენერგია საიდანღაც უნდა მოვიდეს.

თქვენს სხეულში მიმდინარე მრავალი უხილავი პროცესი ასევე მოითხოვს ენერგიას, როგორიცაა სუნთქვა, სისხლის მიმოქცევა, მონელება და ა.შ.

საიდან იღებენ ადამიანები ენერგიას? საკვები, რა თქმა უნდა! საკვებს, რომელსაც მიირთმევთ, ქიმიური ენერგია აქვს შენახული. როდესაც ეს საკვები მიდის თქვენს კუჭში, თქვენი კუჭის მჟავა ანადგურებს საკვებს და გარკვეულწილად საკვების მოლეკულები იღებენ თქვენს სხეულის ყველა იმ ადგილს, რომლებიც შეიძლება დაგჭირდეთ ენერგია ამის შემდეგ, საჭიროების საჭიროების შემთხვევაში, ენერგია მიიღება მცირე ქიმიური რეაქციის საშუალებით.

ახლა, თუ მთელი დღე არ ჭამთ და ბევრს ირბენთ, დიდ ენერგიას ხარჯავთ და თავს "დაღლილნი" გრძნობთ, სანამ არ ჭამთ და თქვენს სხეულს უფრო მეტ საჭიროს არ მიაწვდით.