Wat is de formule voor energie?

Een van de fundamentele wetten van het universum is dat energie niet wordt gecreëerd of vernietigd - het verandert alleen van vorm. Bijgevolg bestaan ​​er vele formules voor energie. Om te begrijpen hoe deze formules uitdrukkingen van hetzelfde zijn, is het belangrijk om eerst te begrijpen wat natuurkundigen bedoelen als ze het over energie hebben. Het is een idee dat geworteld is in de concepten van de klassieke fysica, zoals toegelicht door Sir Isaac Newton.

De formule voor de bewegingsenergie is:

waarbij KE de kinetische energie is in joule, m de massa in kilogram en v de snelheid in meter per seconde.

De drie bewegingswetten van Newton vormen de basis voor de klassieke natuurkunde. De eerste wet definieert kracht als datgene dat beweging veroorzaakt, en de tweede wet relateert de kracht die op een object inwerkt aan de versnelling die het ondergaat. Als een kracht (F) een lichaam versnelt over een afstand (d), doet het een hoeveelheid arbeid (W) die gelijk is aan de kracht vermenigvuldigd met de afstand maal een factor die verantwoordelijk is voor de hoek ertussen (θ, de Griekse letter theta). Als wiskundige uitdrukking betekent dit:

De metrische eenheden voor kracht zijn newtons, die voor afstand zijn meters en die voor werk zijn newtonmeters of joules. Energie is het vermogen om arbeid te verrichten en wordt ook uitgedrukt in joule.

Een bewegend object bezit zijn bewegingsenergie, die gelijk is aan de arbeid die nodig zou zijn om het tot rust te brengen. Dit wordt zijn kinetische energie genoemd en is afhankelijk van het kwadraat van de snelheid van het object (v) en van de helft van zijn massa (m). Een object in rust in het zwaartekrachtveld van de aarde bezit potentiële energie vanwege zijn hoogte; als het vrij zou vallen, zou het een kinetische energie krijgen die gelijk is aan deze potentiële energie. Potentiële energie is afhankelijk van de massa van het object, de hoogte (h) en de versnelling door de zwaartekracht (g). Wiskundig gezien is dit:

De berekening van energie in elektrische systemen hangt af van de hoeveelheid stroom die door een geleider (I) in ampère, evenals op de elektrische potentiaal of spanning (V), die de stroom aandrijft, in volt. Het vermenigvuldigen van deze twee parameters geeft het vermogen van de elektriciteit (P) in watt, en het vermenigvuldigen van P met de tijd waarbij de elektriciteit stroomt (t) in seconden geeft de hoeveelheid elektrische energie in het systeem, in joule. De wiskundige uitdrukking voor elektrische energie in een geleidend circuit is:

Volgens deze relatie kost het een minuut lang branden van een gloeilamp van 100 watt 6000 joule aan energie. Dit komt overeen met de hoeveelheid kinetische energie die een rots van 1 kilogram zou hebben als je hem van een hoogte van 612 meter zou laten vallen (luchtwrijving negerend).

Het licht dat we zien is een elektromagnetisch fenomeen dat energie heeft dankzij de trillingen van pakketjes golven die fotonen worden genoemd. De Duitse natuurkundige Max Planck heeft vastgesteld dat de energie van een foton evenredig is met de frequentie (f) waarmee het trilt, en hij berekende de evenredigheidsconstante (h), die in zijn de constante van Planck wordt genoemd eer. De uitdrukking voor de energie van een foton is dus:

Volgens de relativiteitstheorie van Albert Einstein heeft elk materiedeeltje een inherente potentiële energie die evenredig is met de massa van het deeltje en het kwadraat van de lichtsnelheid (c). De relevante uitdrukking is:

Einsteins berekeningen werden bevestigd door de ontwikkeling van de atoombom.