Eden temeljnih zakonov vesolja je, da energija ni niti ustvarjena niti uničena - spreminja samo oblike. Zato obstaja veliko formul za energijo. Da bi razumeli, kako so te formule izrazi iste stvari, je najprej pomembno razumeti, kaj fiziki mislijo, ko govorijo o energiji. Gre za pojem, ki temelji na konceptih klasične fizike, kot jih je pojasnil sir Isaac Newton.
Formula za energijo gibanja je:
KE = 0,5 \ krat m \ krat v ^ 2
kjer je KE kinetična energija v džulih, m je masa v kilogramih, v hitrost v metrih na sekundo.
Sila in delo
Newtonovi trije zakoni gibanja so osnova za klasično fiziko. Prvi zakon definira silo kot tisto, ki povzroča gibanje, drugi zakon pa silo, ki deluje na predmet, poveže s pospeškom, ki mu gre. Če sila (F) pospeši telo skozi razdaljo (d), opravi količino dela (W), ki je enaka sili pomnoženo z razdaljo, pomnoženo s faktorjem, ki upošteva kot med njimi (θ, grška črka theta). Kot matematični izraz to pomeni:
W = Fd \ cos {\ theta}
Metrične enote za silo so newtoni, tiste za razdaljo so metri in tiste za delo so newton-metri ali džuli. Energija je zmožnost opravljanja dela in se izraža tudi v džulih.
Kinetična in potencialna energija
Predmet v gibanju ima energijo gibanja, ki je enakovredna delu, ki bi ga potrebovali za počitek. To se imenuje njegova kinetična energija in je odvisna od kvadrata hitrosti predmeta (v) in polovice njegove mase (m). Predmet, ki miruje v gravitacijskem polju Zemlje, ima potencialno energijo zaradi svoje nadmorske višine; če bi prosto padel, bi pridobil kinetično energijo, enako tej potencialni energiji. Potencialna energija je odvisna od mase predmeta, njegove višine (h) in pospeška zaradi gravitacije (g). Matematično je to:
PE = mgh
Električna energija
Izračun energije v električnih sistemih je odvisen od količine toka, ki teče skozi a vodnik (I) v amperih, pa tudi na električni potencial ali napetost (V), ki poganja tok, v voltov. Če pomnožite ta dva parametra, dobite moč električne energije (P) v vatih in pomnožite P s časom med katerim elektrika teče (t) v sekundah, da količino električne energije v sistemu, v% džuli. Matematični izraz za električno energijo v prevodnem vezju je:
E_e = Pt = VIt
Glede na to razmerje puščanje 100-vatne žarnice, ki gori eno minuto, porabi 6000 džulov energije. To je enakovredno količini kinetične energije, ki bi jo imel 1-kilogramski kamen, če bi ga spustili z višine 612 metrov (če ne upoštevamo zračnega trenja).
Nekatere druge oblike energije
Svetloba, ki jo vidimo, je elektromagnetni pojav, ki ima energijo zaradi vibracij paketov valov, imenovanih fotoni. Nemški fizik Max Planck je ugotovil, da je energija fotona sorazmerna s frekvenco (f) vibrira in izračunal je konstanto sorazmernosti (h), ki se v njegovi imenu imenuje Planckova konstanta čast. Izraz za energijo fotona je tako:
E_p = hf
Po teoriji relativnosti Alberta Einsteina ima vsak delček snovi lastno potencialno energijo, sorazmerno z maso delca in kvadratom svetlobne hitrosti (c). Ustrezni izraz je:
E_m = mc ^ 2
Einsteinove izračune je potrdil razvoj atomske bombe.
