Viens no Visuma pamatlikumiem ir tāds, ka enerģija netiek ne radīta, ne iznīcināta - tā maina tikai formas. Līdz ar to pastāv daudzas enerģijas formulas. Lai saprastu, kā šīs formulas ir viena un tā paša izpausme, vispirms ir svarīgi saprast, ko fiziķi runā par enerģiju. Tas ir jēdziens, kas sakņojas klasiskās fizikas jēdzienos, ko izskaidro sers Īzaks Ņūtons.
Kustības enerģijas formula ir:
KE = 0,5 \ reizes m \ reizes v ^ 2
kur KE ir kinētiskā enerģija džoulos, m ir masa kilogramos un v ir ātrums metros sekundē.
Spēks un darbs
Trīs Ņūtona kustības likumi veido pamatu klasiskajai fizikai. Pirmajā likumā spēks tiek definēts kā tas, kas izraisa kustību, un otrais likums attiecas uz spēku, kas iedarbojas uz objektu, ar tā paātrinājumu. Ja spēks (F) paātrina ķermeni caur attālumu (d), tas veic darba apjomu (W), kas vienāds ar spēku reizināts ar attāluma reizēm koeficientu, kas veido leņķi starp tiem (θ, grieķu burts teta). Kā matemātiska izteiksme tas nozīmē:
W = Fd \ cos {\ theta}
Spēka metriskās vienības ir ņūtoni, attāluma vienības ir metri, bet darbam - ņūtonmetri vai džouli. Enerģija ir spēja veikt darbu, un tā tiek izteikta arī džoulos.
Kinētiskā un potenciālā enerģija
Kustībā esošam objektam piemīt tā kustības enerģija, kas ir līdzvērtīga darbam, kas būtu vajadzīgs tā atpūtai. To sauc par tā kinētisko enerģiju, un tā ir atkarīga no objekta ātruma kvadrāta (v), kā arī no pusi no tā masas (m). Zemes gravitācijas laukā mierīgā stāvoklī esošajam objektam piemīt potenciālā enerģija, pateicoties tā augstumam; ja tas brīvi kristu, tas iegūtu kinētisko enerģiju, kas vienāda ar šo potenciālo enerģiju. Potenciālā enerģija ir atkarīga no objekta masas, tā augstuma (h) un paātrinājuma smaguma dēļ (g). Matemātiski tas ir:
PE = mgh
Elektriskā enerģija
Enerģijas aprēķins elektriskajās sistēmās ir atkarīgs no strāvas daudzuma, kas plūst caur a vadītājs (I) ampēros, kā arī elektriskais potenciāls vai spriegums (V), kas virza strāvu, volti. Reizinot šos divus parametrus, tiek iegūta elektroenerģijas (P) jauda vatos, un reizinot P ar laiku laikā, kad elektrība plūst (t) sekundēs, tiek iegūts elektroenerģijas daudzums sistēmā, in džoulus. Elektriskās enerģijas matemātiskā izteiksme vadošajā ķēdē ir:
E_e = Pt = VIt
Saskaņā ar šīm attiecībām, atstājot 100 vatu spuldzi uz vienu minūti, tiek iztērēti 6000 džoulu enerģijas. Tas ir līdzvērtīgs kinētiskās enerģijas daudzumam, kāds būtu 1 kilograma klintij, ja to nomettu no 612 metru augstuma (neņemot vērā gaisa berzi).
Daži citi enerģijas veidi
Gaisma, kuru mēs redzam, ir elektromagnētiska parādība, kurai ir enerģija, pateicoties viļņu pakešu, ko sauc par fotoniem, vibrācijām. Vācu fiziķis Makss Planks noteica, ka fotona enerģija ir proporcionāla frekvencei (f), ar kuru tas vibrē, un viņš aprēķināja proporcionalitātes konstanti (h), kuru viņa dēvē par Plankas konstanti gods. Tādējādi fotona enerģijas izteiksme ir šāda:
E_p = hf
Saskaņā ar Alberta Einšteina relativitātes teoriju katrai vielas daļiņai piemīt potenciālā enerģija, kas proporcionāla daļiņas masai un gaismas ātruma kvadrātam (c). Attiecīgais izteiciens ir:
E_m = mc ^ 2
Einšteina aprēķinus apstiprināja atombumbas izstrāde.
