Ce este energia în fizică? (w / Formula și exemple)

Probabil că folosiți tot timpul cuvântul energie în viața de zi cu zi, dar ce înseamnă cu adevărat? La ce cantitate fizică te simți atunci când spui lucruri de genul: „Eu pur și simplu nu am energie astăzi” sau „Copiii aceia trebuie să ardă ceva energie”?

Folosirea colocvială a cuvântului vă poate oferi o idee inițială a ceea ce este energia, dar în acest articol o veți face învățați cum definesc fizicienii energia, aflați care sunt diferitele tipuri de energie și vedeți câteva exemple de-a lungul cale.

Energia este abilitatea de a lucra sau de a provoca schimbări. Este diferit de o forță. O forță este lucrul care provoacă schimbarea, în timp ce energia poate fi considerată drept impulsul din spatele forței. Este nevoie de energie pentru a aplica o forță, iar aplicarea unei forțe unui obiect îi transferă adesea energie.

Unitatea SI de energie este joulul în care 1 joule = 1 newton × 1 metru sau 1 kg⋅m²/ s². Alte unități includ calorii, kilocalorii și kilowatt-oră.

Cele două forme fundamentale de energie suntenergie potențialășienergie kinetică. Energia potențială este energie stocată, în timp ce energia cinetică este energia mișcării.

Oamenii de știință fac de obicei diferențe între versiunile macroscopice și microscopice ale acestor tipuri de energie. De exemplu, energie potențială care este stocat din cauza gravitației sau din cauza unui arc comprimat se numeștemecanicenergie potențială. Dar obiectele pot avea, de asemenea, un tip diferit de energie potențială stocată în legăturile dintre molecule și între nucleoni dintr-un nucleu atomic.

Energia cinetică mecanică este energia datorată mișcării unui obiect macroscopic. Dar în interiorul oricărui obiect, moleculele în sine au propriile lor energii cinetice de alt tip.

Suma potențialului mecanic și a energiei cinetice a unui obiect se numește a saenergie mecanică totală. Acest lucru nu este același cu energia totală a obiectului, care ar fi suma tuturor formelor de energie a acestuia, inclusiv termice, chimice și așa mai departe.

Tipul de energie potențială stocată în legături moleculare este o formă de energie numităchimicenergie. Energia stocată în legături atomice sau legături nucleare se numeșteatomicenergie saunuclearenergie.

Se numește energie cinetică care există la nivel molecular datorită vibrațiilor și mișcărilor moleculelortermicenergie saucăldurăenergie. Când măsurați temperatura, măsurați cantitatea medie a acestui tip de energie.

Cele mai frecvente tipuri de energie potențială mecanică despre care ați putea învăța includ:

• ​Energia potențială gravitațională:Energia stocată într-un obiect pe baza locației sale într-un câmp gravitațional. De exemplu, o minge ridicată deasupra pământului are energie potențială gravitațională. Când este lansat, va scădea ca urmare.
• ​Energie potențială electrică:Aceasta este energia stocată într-un obiect încărcat datorită poziției sale într-un câmp electric. De exemplu, electronii dintr-un circuit vor fi înzestrați cu o anumită cantitate de energie electrică potențială datorată bateriei. Când circuitul este conectat, acest lucru determină curgerea electronilor.
• ​Energie potențială magnetică:Aceasta este energia stocată într-un obiect cu moment magnetic datorită locației sale într-un câmp magnetic. Luați în considerare când țineți doi magneți de butoane unul lângă celălalt și îi simțiți trăgând; acest lucru se datorează energiei potențiale magnetice.
• ​Energie potențială elastică:Aceasta este energia stocată într-un material elastic. De exemplu, o bandă de cauciuc întinsă are energie stocată, la fel ca un arc comprimat. Când oricare dintre ele sunt eliberate, se vor mișca.

Energia cinetică mecanică diferă de energia potențială prin aceea că este asociată cu mișcarea și vine într-o singură varietate. O ecuație simplă dă energia cinetică a oricărui obiect de masămdeplasându-se cu vitezăv. Acesta este:

Cu cât un obiect se mișcă mai repede sau cu cât este mai greu, cu atât are mai multă energie cinetică.

Când un obiect care are energie potențială este eliberat și lăsat să se miște liber, acesta va începe să accelereze. Ca urmare, energia sa cinetică crește. În același timp, energia potențială scade. În rețea, energia mecanică totală a obiectului rămâne constantă (presupunând că nu acționează frecare sau forțe similare), doar că se formează energia.

În ultima secțiune, a fost introdusă ecuația pentru energia cinetică mecanică. Există, de asemenea, formule pentru diferite tipuri de energii potențiale, precum și ecuații care descriu relația dintre energie și alte mărimi fizice.

Energia potențială gravitațională a maseimla înălțimehdeasupra Pământului este:

Undeg= 9,8 m / s² este accelerația datorată gravitației.

Energia potențială electrică a unei sarciniqla tensiuneVeste pur și simplu:

energia potențială stocată într-un izvor este dat de:

Undekeste constantă de primăvară (o constantă care depinde de rigiditatea arcului) șiΔxeste cantitatea prin care arcul este comprimat sau întins.

Schimbarea energiei termice (denumită și energia termică transferată) este dată de următoarea ecuație:

UndeÎeste energia,meste masa,ceste capacitatea termică specifică șiΔTeste modificarea temperaturii în unități de Kelvin.

Cantitatea fizică de lucru (definită ca produsul forței și al deplasării) are aceleași unități ca energia (J sau Nm). Cele două cantități, munca și energia cinetică, sunt corelate prin intermediul teoremei energiei cinetice de lucru, care afirmă că munca netă asupra unui obiect este egală cu modificarea energiei cinetice a obiectului.

Un fapt fundamental al naturii este că energia nu poate fi nici creată, nici distrusă. Acest lucru este rezumat în legea conservării energiei. Această lege afirmă că energia totală a unui sistem izolat rămâne constantă.

În timp ce energia totală rămâne constantă, ea poate și deseori își schimbă forma. Potențialul se poate transforma în cinetic, cinetic se poate transforma în energie termică și așa mai departe. Dar suma totală rămâne întotdeauna aceeași.

Este important să rețineți că această lege specifică un sistem izolat. Un sistem izolat este unul în care nu poate interacționa în niciun fel cu împrejurimile sale. Singurul sistem posibil perfect izolat din univers este, ei bine, universul însuși. Cu toate acestea, este posibil să se facă multe sisteme pe Pământ care sunt aproape de a fi izolate (la fel cum este posibil să se facă fricțiunea neglijabilă, chiar dacă nu este niciodată 0).

Conversia energiei se poate întâmpla în mai multe moduri, de obicei din energia stocată care este eliberată ca energie cinetică de un fel sau ca energie radiantă.

Energia chimică, de exemplu, poate fi eliberată în timpul reacțiilor chimice. În timpul unei astfel de reacții se schimbă de la energia potențială chimică la o altă formă, care ar putea include energie radiantă sau energie termică.

Energia nucleară este eliberată în timpul unei reacții nucleare. Aici este faimosul lui EinsteinE = mc²ecuația intră în joc (energia este egală cu masa de viteza luminii la pătrat). Masa unui nucleu care se desparte pentru a elibera energie va fi ușor mai ușoară în final cu o cantitate determinată de formula lui Einstein. Oricât de nebună pare, masa însăși poate fi considerată o formă de energie potențială.

Aici, pe Pământ, probabil că folosiți frecvent energia electrică. De fiecare dată când aprinzi o lumină în casa ta sau citești ceva de pe un ecran electronic așa cum ești acum, folosești energie electrică. Dar de unde vine această energie?

Răspunsul evident este bateriile sau priza de perete, dar care este sursa primară reală?

Când vine vorba de baterii, energia este adesea stocată chimic într-o celulă a bateriei, dar multe dispozitive electronice necesită reîncărcarea bateriilor lor conectându-le la o priză de perete.

Energia care vine în casa ta prin intermediul liniilor electrice provine undeva de la o centrală electrică. Centralele electrice au multe modalități diferite de a culege energia și de a o transforma în energie electrică.

Unele surse comune de energie recoltate de centrale și transformate în electricitate includ:

• ​Energie solara:Aceasta este energie radiantă care vine de la soare și poate fi captată de celulele solare.
• ​Energie geotermală:Aceasta este energia termică găsită adânc în pământ, care poate fi apoi transferată pe suprafața Pământului pentru utilizare.
• ​Combustibili fosili:Acestea includ cărbune și petrol, care sunt adesea arse pentru a elibera energia stocată în legături chimice.
• ​Energie nucleară:Centralele nucleare generează energie prin separarea nucleelor ​​atomice și valorificarea energiei stocate în legăturile nucleare.
• ​Energia hidroelectrica:Aceasta este energia care provine din energia potențială gravitațională, precum și din energia cinetică din apa curentă.
• ​Energie eoliana:Pentru recoltarea energiei eoliene, se folosesc turbine gigantice. Vântul întoarce turbinele, transferându-și energia către ele.

Vă amintiți la începutul acestui articol unde au fost menționate expresiile „Nu am energie astăzi” și „Copiii aceștia trebuie să arde ceva energie”? Oamenii folosesc energia tot timpul și nu doar din dispozitivele lor electronice. Atât mișcările mari ale corpului tău, cât și procesele mici din corpul tău necesită energie.

Este nevoie de energie pentru a alerga, a face drumeții, a înota sau chiar doar să vă spălați dinții. Vă amintiți energia cinetică? Când vă deplasați, faceți acest lucru prin intermediul energiei cinetice. Această energie trebuie să vină de undeva.

Multe procese invizibile care se desfășoară în corpul dvs. necesită, de asemenea, energie, cum ar fi respirația, circulația sângelui, digestia și așa mai departe.

De unde își iau oamenii energia? Mâncare, desigur! Alimentele pe care le consumați au stocat energie chimică în el. Când acea mâncare își face loc în stomac, acidul stomacal vă descompune alimentele și sigur moleculele din alimente se îndreaptă spre toate locurile diferite din corpul vostru care ar putea avea nevoie energie. Apoi, când apare nevoia, energia este obținută printr-o mică reacție chimică.

Acum, dacă nu mănânci toată ziua și faci multe alergări, cheltuiești multă energie și te vei simți „scurs” până când mănânci și îți vei oferi corpului mai mult din ceea ce are nevoie.