당신은 아마 일상 생활에서 에너지라는 단어를 사용하고있을 것입니다. 그러나 그것이 정말로 무엇을 의미합니까? "오늘은 에너지가 없어요."또는 "그 아이들은 에너지를 좀 태워야 해"와 같은 말을 할 때 어떤 물리량을 얻고 있습니까?
이 단어의 구어체 사용은 에너지가 무엇인지에 대한 초기 감각을 제공 할 수 있지만이 기사에서는 물리학 자들이 에너지를 정의하는 방법을 배우고, 다른 유형의 에너지가 무엇인지 배우고, 방법.
에너지의 정의
에너지는 일을하거나 변화를 일으키는 능력입니다. 힘과는 다릅니다. 힘은 변화를 일으키는 것이고 에너지는 힘 뒤에있는 원동력으로 생각할 수 있습니다. 힘을 가하기 위해서는 에너지가 필요하며, 물체에 힘을 가하면 종종 에너지가 전달됩니다.
에너지의 SI 단위는 1 줄 = 1 뉴턴 × 1 미터 또는 1kg⋅m 일 때 줄입니다.2/에스2. 다른 단위에는 칼로리, 킬로 칼로리 및 킬로와트시가 포함됩니다.
에너지의 유형
에너지의 가장 기본적인 두 가지 형태는잠재력과운동 에너지. 위치 에너지는 저장된 에너지이고 운동 에너지는 운동 에너지입니다.
과학자들은 일반적으로 이러한 에너지 유형의 거시적 버전과 미시적 버전을 구분합니다. 예를 들면 잠재력 중력이나 압축 된 스프링으로 인해 저장되는 것을기계적잠재력. 그러나 물체는 분자 사이의 결합과 원자핵의 핵 사이에 저장된 다른 유형의 위치 에너지를 가질 수도 있습니다.
기계적 운동 에너지는 거시적 물체의 움직임으로 인한 에너지입니다. 그러나 어떤 물체 안에서도 분자 자체는 다른 유형의 운동 에너지를 가지고 있습니다.
물체의 기계적 잠재력과 운동 에너지의 합을총 기계적 에너지. 이것은 열, 화학 등을 포함한 모든 형태의 에너지를 합한 물체의 총 에너지와 동일하지 않습니다.
분자 결합에 저장된 위치 에너지의 유형은화학에너지. 원자 결합 또는 핵 결합에 저장된 에너지를원자에너지 또는핵무기에너지.
분자의 진동과 운동으로 인해 분자 수준에 존재하는 운동 에너지를열의에너지 또는열에너지. 온도를 측정 할 때 이러한 유형의 에너지의 평균 양을 측정하는 것입니다.
더 자세한 기계적 포텐셜 에너지
학습 할 수있는 가장 일반적인 기계적 위치 에너지 유형은 다음과 같습니다.
- 중력 위치 에너지:중력장에서의 위치에 따라 물체에 저장된 에너지입니다. 예를 들어, 지구보다 높게 유지 된 공은 중력 위치 에너지를 가지고 있습니다. 해제되면 결과적으로 떨어집니다.
- 전위 에너지 :이것은 전기장에서의 위치로 인해 충전 된 물체에 저장된 에너지입니다. 예를 들어 회로의 전자에는 배터리로 인해 일정량의 전위 에너지가 부여됩니다. 회로가 연결되면 전자가 흐르게됩니다.
- 자기 위치 에너지 :이것은 자기장에서의 위치 때문에 자기 모멘트를 가진 물체에 저장된 에너지입니다. 두 개의 버튼 자석을 서로 가까이에두고 잡아 당기는 느낌이들 때를 고려하십시오. 이것은 자기 위치 에너지 때문입니다.
- 탄성 위치 에너지:이것은 탄성 물질에 저장된 에너지입니다. 예를 들어, 늘어난 고무 밴드는 압축 스프링처럼 에너지를 저장합니다. 둘 중 하나가 풀리면 움직입니다.
더 자세한 기계적 운동 에너지
기계적 운동 에너지는 운동과 관련이 있다는 점에서 위치 에너지와 다르며 한 가지 다양성 만 있습니다. 간단한 방정식은 모든 질량 물체의 운동 에너지를 제공합니다.미디엄속도로 이동V. 그건:
KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2
물체가 더 빨리 움직이거나 더 무거울수록 더 많은 운동 에너지를 갖게됩니다.
위치 에너지가있는 물체가 방출되어 자유롭게 움직일 때 가속되기 시작합니다. 결과적으로 운동 에너지가 증가합니다. 동시에 위치 에너지가 감소합니다. 순전히 오브젝트의 전체 기계적 에너지는 일정하게 유지됩니다 (마찰이나 유사한 힘이 작용하지 않는다고 가정). 단지 에너지가 변화하는 형태 일뿐입니다.
에너지 방정식
마지막 섹션에서는 기계적 운동 에너지에 대한 방정식을 소개했습니다. 다른 유형의 잠재적 에너지에 대한 공식과 에너지와 다른 물리량 간의 관계를 설명하는 방정식도 있습니다.
질량의 중력 위치 에너지미디엄높이에서h지구 위에는 :
PE_ {중력} = mgh
어디지= 9.8m / s2 중력으로 인한 가속도입니다.
전하의 전위 에너지큐전압에서V간단합니다.
PE_ {elec} = qV
그만큼 봄에 저장된 위치 에너지 다음과 같이 지정됩니다.
PE_ {봄} = \ frac {1} {2} k \ Delta x ^ 2
어디케이이다 스프링 상수 (스프링의 강성에 따라 달라지는 상수)Δx스프링이 압축되거나 늘어나는 양입니다.
열 에너지 변화 (전달 된 열 에너지라고도 함)는 다음 방정식으로 제공됩니다.
Q = mc \ 델타 T
어디큐에너지입니다.미디엄질량,씨비열 용량이고ΔT켈빈 단위의 온도 변화입니다.
물리량 작업 (힘과 변위의 곱으로 정의 됨)은 에너지 (J 또는 Nm)와 동일한 단위를 갖습니다. 두 가지 양인 일과 운동 에너지는 일-운동 에너지 정리를 통해 관련되는데, 이것은 물체에 대한 순일이 물체의 운동 에너지의 변화와 같다고 말합니다.
에너지 보존 법칙
자연의 근본적인 사실은 에너지가 생성되거나 파괴 될 수 없다는 것입니다. 이것은 다음에 요약되어 있습니다. 에너지 보존 법칙. 이 법칙은 고립 된 시스템의 총 에너지가 일정하게 유지된다는 것을 말합니다.
총 에너지는 일정하게 유지되지만 형태를 변경할 수 있으며 종종 변경됩니다. 전위는 운동으로 변할 수 있고 운동은 열 에너지로 변할 수 있습니다. 그러나 총 금액은 항상 동일하게 유지됩니다.
이 법칙은 격리 된 시스템을 지정한다는 점에 유의해야합니다. 격리 된 시스템은 주변 환경과 상호 작용할 수없는 시스템입니다. 우주에서 유일하게 완벽하게 고립 된 시스템은 우주 그 자체입니다. 그러나 지구상에서 거의 분리되는 시스템을 만들 수 있습니다 (마찰이 0이 아니더라도 무시할 수있는 수준으로 만들 수있는 것처럼).
에너지 변환은 일반적으로 일종의 운동 에너지 또는 복사 에너지로 방출되는 저장된 에너지에서 여러 방식으로 발생할 수 있습니다.
예를 들어, 화학 에너지는 화학 반응 중에 방출 될 수 있습니다. 이러한 반응 중에 화학적 위치 에너지에서 복사 에너지 또는 열 에너지를 포함 할 수있는 다른 형태로 변경됩니다.
핵 에너지는 핵 반응 중에 방출됩니다. 이것은 아인슈타인의 유명한 곳입니다E = mc2방정식이 작동합니다 (에너지는 질량 곱하기 빛의 속도 제곱). 에너지를 방출하기 위해 분리되는 핵의 질량은 결국 아인슈타인의 공식에 의해 결정된 양만큼 약간 더 가벼워집니다. 말처럼 들리 겠지만 질량 자체는 잠재적 인 에너지의 한 형태로 간주 될 수 있습니다.
지구상에서 사용 가능한 전기 에너지의 원천
여기 지구에서는 전기 에너지를 자주 사용합니다. 집에서 조명을 켜거나 지금처럼 전자 화면에서 무언가를 읽을 때마다 전기 에너지를 사용하는 것입니다. 그러나이 에너지는 어디에서 오는 것일까 요?
분명한 대답은 배터리 또는 벽면 콘센트이지만 실제 주요 소스는 무엇입니까?
배터리의 경우 에너지는 종종 배터리 셀에 화학적으로 저장되지만 많은 전자 장치는 배터리를 벽면 콘센트에 연결하여 충전해야합니다.
전력선을 통해 집으로 들어오는 에너지는 어딘가의 발전소에서 시작됩니다. 발전소는 에너지를 수확하여 전기 에너지로 바꾸는 다양한 방법을 가지고 있습니다.
발전소에서 수확하여 전기로 변환하는 일반적인 에너지 원은 다음과 같습니다.
- 태양 에너지:이것은 태양에서 나오는 복사 에너지이며 태양 전지에 포착 될 수 있습니다.
- 지열 에너지:이것은 땅 깊숙한 곳에서 발견되는 열 에너지로, 사용을 위해 지구 표면으로 전달 될 수 있습니다.
- 화석 연료:여기에는 화학 결합에 저장된 에너지를 방출하기 위해 종종 연소되는 석탄과 석유가 포함됩니다.
- 원자력 에너지:원자력 발전소는 원자핵을 분해하고 핵 결합에 저장된 에너지를 활용하여 에너지를 생성합니다.
- Hydroelectic 에너지 :이것은 중력 위치 에너지와 흐르는 물의 운동 에너지에서 오는 에너지입니다.
- 풍력 에너지 :풍력 에너지를 수확하기 위해 거대한 터빈이 사용됩니다. 바람은 터빈을 돌려 에너지를 전달합니다.
인체의 에너지
이 기사의 시작 부분에서 "나는 오늘 에너지가 없습니다."와 "그 아이들은 에너지를 태워야합니다"라는 문구가 언급 된 것을 기억하십니까? 인간은 전자 장치뿐만 아니라 항상 에너지를 사용합니다. 신체의 큰 움직임과 신체 내의 작은 과정 모두 에너지가 필요합니다.
달리고, 하이킹하고, 수영하거나 심지어 양치질하는 데에도 에너지가 필요합니다. 운동 에너지를 기억하십니까? 움직일 때 운동 에너지를 통해 그렇게합니다. 그 에너지는 어딘가에서 나와야합니다.
신체에서 진행되는 많은 보이지 않는 과정에는 호흡, 혈액 순환, 소화 등과 같은 에너지가 필요합니다.
인간은 어디에서 에너지를 얻습니까? 물론 음식! 당신이 먹는 음식은 그 안에 화학 에너지를 저장했습니다. 그 음식이 위장으로 들어가면 위산이 음식을 분해하고 음식에서 나온 분자는 신체의 모든 다른 곳으로 이동합니다. 에너지. 그런 다음 필요가 발생하면 작은 화학 반응을 통해 에너지를 얻습니다.
이제 하루 종일 먹지 않고 뛰어 다니면 많은 에너지를 소비하고 몸에 필요한 것을 더 많이 섭취하고 공급할 때까지 "고갈"된 느낌이들 것입니다.