L'energia és la que fa possible la vida no només al nostre planeta, sinó també a l'Univers. Tanmateix, pot ser molt diferent. Per tant, la calor, el so, la llum, l'electricitat, els microones, les calories són diferents tipus d'energia. Per a tots els processos que tenen lloc al nostre voltant, aquesta substància és necessària. La major part de l'energia que hi ha a la Terra la rep del Sol, però hi ha altres fonts. El sol la transfereix al nostre planeta tant com 100 milions de les centrals elèctriques més potents produirien al mateix temps.
Què és l'energia?
La teoria proposada per Albert Einstein estudia la relació entre la matèria i l'energia. Aquest gran científic va ser capaç de demostrar la capacitat d'una substància per convertir-se en una altra. Al mateix temps, va resultar que l'energia és el factor més important en l'existència dels cossos, i la matèria és secundària.
L'energia és, en general, la capacitat de fer una mica de feina. Ella és la que representael concepte de força capaç de moure un cos o de donar-li noves propietats. Què significa el terme "energia"? La física és una ciència fonamental a la qual van dedicar la seva vida molts científics de diferents èpoques i països. Fins i tot Aristòtil va utilitzar la paraula "energia" per referir-se a l'activitat humana. Traduït de la llengua grega, "energia" és "activitat", "força", "acció", "poder". La primera vegada que aquesta paraula va aparèixer en un tractat d'un científic grec anomenat "Física".
En el sentit ara generalment acceptat, aquest terme va ser encunyat pel físic anglès Thomas Young. Aquest fet transcendental va tenir lloc l'any 1807. A la dècada dels 50 del segle XIX. el mecànic anglès William Thomson va ser el primer a utilitzar el concepte d'"energia cinètica", i el 1853 el físic escocès William Rankin va introduir el terme "energia potencial".
Avui aquesta quantitat escalar està present a totes les branques de la física. És una mesura única de diverses formes de moviment i interacció de la matèria. En altres paraules, és una mesura de la transformació d'una forma en una altra.
Misures i designacions
La quantitat d'energia es mesura en joules (J). Aquesta unitat especial, segons el tipus d'energia, pot tenir diferents designacions, per exemple:
- W és l'energia total del sistema.
- Q - tèrmica.
- U – potencial.
Tipus d'energia
Hi ha molts tipus diferents d'energia a la natura. Els principals són:
- mecànic;
- electromagnètic;
- elèctric;
- químic;
- tèrmica;
- nuclear (atòmica).
Hi ha altres tipus d'energia: lluminosa, sonora, magnètica. En els darrers anys, un nombre creixent de físics s'inclinen per la hipòtesi de l'existència de l'anomenada energia "fosca". Cadascun dels tipus d'aquesta substància enumerats anteriorment té les seves pròpies característiques. Per exemple, l'energia sonora es pot transmetre mitjançant ones. Contribueixen a la vibració dels timpans a l'oïda de persones i animals, gràcies als quals es poden escoltar sons. En el curs de diverses reaccions químiques, s'allibera l'energia necessària per a la vida de tots els organismes. Qualsevol combustible, aliment, acumulador o piles són l'emmagatzematge d'aquesta energia.
La nostra estrella dóna energia a la Terra en forma d'ones electromagnètiques. Només així podrà superar les extensions del Cosmos. Gràcies a la tecnologia moderna, com les plaques solars, podem utilitzar-la amb el màxim efecte. L'excés d'energia no utilitzada s'acumula en instal·lacions especials d'emmagatzematge d'energia. Juntament amb els tipus d'energia anteriors, fonts termals, rius, fluxos i reflux oceànics, sovint s'utilitzen biocombustibles.
Energia mecànica
Aquest tipus d'energia s'estudia a la branca de la física anomenada "Mecànica". Es denota amb la lletra E. Es mesura en joules (J). Quina és aquesta energia? La física de la mecànica estudia el moviment dels cossos i la seva interacció entre si o amb camps externs. En aquest cas, s'anomena l'energia deguda al moviment dels cossoscinètica (denotada per Ek), i l'energia deguda a la interacció de cossos o camps externs s'anomena potencial (Ep). La suma del moviment i la interacció és l'energia mecànica total del sistema.
Hi ha una regla general per calcular ambdós tipus. Per determinar la quantitat d'energia, cal calcular el treball necessari per transferir el cos de l'estat zero a aquest estat. A més, com més treball, més energia tindrà el cos en aquest estat.
Separació d'espècies segons diferents criteris
Hi ha diversos tipus d'energia compartida. Segons diversos criteris, es divideix en: extern (cinètic i potencial) i intern (mecànic, tèrmic, electromagnètic, nuclear, gravitatori). L'energia electromagnètica, al seu torn, es divideix en magnètica i elèctrica, i l'energia nuclear es divideix en energia d'interaccions febles i fortes.
Kinetic
Qualsevol cossos en moviment es distingeixen per la presència d'energia cinètica. Sovint s'anomena així: conduir. L'energia d'un cos que es mou es perd quan s'alenteix. Així, com més ràpida sigui la velocitat, més gran serà l'energia cinètica.
Quan un cos en moviment entra en contacte amb un objecte estacionari, una part de la cinètica es transfereix a aquest, posant-lo en moviment. La fórmula de l'energia cinètica és la següent:
En paraules, aquesta fórmula es pot expressar de la següent manera: l'energia cinètica d'un objecte ésla meitat del producte de la seva massa per el quadrat de la seva velocitat.
Potencial
Aquest tipus d'energia la posseeixen els cossos que es troben en algun tipus de camp de força. Per tant, el magnètic es produeix quan un objecte està sota la influència d'un camp magnètic. Tots els cossos de la Terra tenen energia gravitatòria potencial.
Depenent de les propietats dels objectes d'estudi, poden tenir diferents tipus d'energia potencial. Així, els cossos elàstics i elàstics que són capaços d'estirar-se, tenen l'energia potencial d'elasticitat o tensió. Qualsevol cos que cau que abans estava immòbil perd potencial i adquireix cinètica. En aquest cas, el valor d'aquests dos tipus serà equivalent. En el camp gravitatori del nostre planeta, la fórmula de l'energia potencial serà així:
En paraules, aquesta fórmula es pot expressar de la següent manera: l'energia potencial d'un objecte que interactua amb la Terra és igual al producte de la seva massa, l'acceleració de la gravetat i l'alçada a la qual es troba.
Aquest valor escalar és una característica de la reserva d'energia d'un punt material (cos) situat en un camp de forces potencials i utilitzat per adquirir energia cinètica a causa del treball de les forces de camp. De vegades s'anomena funció de coordenades, que és un terme del Langrangià del sistema (la funció de Lagrange d'un sistema dinàmic). Aquest sistema descriu la seva interacció.
L'energia potencial s'equipara a zero peruna determinada configuració de cossos situats a l'espai. L'elecció de la configuració ve determinada per la comoditat dels càlculs posteriors i s'anomena "normalització de l'energia potencial".
La llei de conservació de l'energia
Un dels postulats més bàsics de la física és la llei de conservació de l'energia. Segons ell, l'energia no apareix de cap lloc ni desapareix enlloc. Canvia constantment d'una forma a una altra. En altres paraules, només hi ha un canvi d'energia. Així, per exemple, l'energia química d'una bateria de llanterna es converteix en energia elèctrica, i d'ella en llum i calor. Diversos electrodomèstics converteixen l'energia elèctrica en llum, calor o so. Molt sovint, el resultat final del canvi és la calor i la llum. Després d'això, l'energia passa a l'espai circumdant.
La llei de l'energia pot explicar molts fenòmens físics. Els científics argumenten que el seu volum total a l'univers es manté constantment sense canvis. Ningú pot crear energia de nou ni destruir-la. En desenvolupar un dels seus tipus, les persones utilitzen l'energia del combustible, l'aigua que cau, un àtom. Al mateix temps, una de les seves formes es converteix en una altra.
L'any 1918, els científics van poder demostrar que la llei de conservació de l'energia és una conseqüència matemàtica de la simetria translacional del temps: el valor de l'energia conjugada. En altres paraules, l'energia es conserva a causa del fet que les lleis de la física no difereixen en diferents moments.
Funcions energètiques
L'energia és la capacitat d'un cos per fer feina. En tancatsistemes físics, es conserva durant tot el temps (sempre que el sistema estigui tancat) i és una de les tres integrals additives del moviment que conserven el valor durant el moviment. Aquests inclouen: energia, moment angular, moment. La introducció del concepte d'"energia" és adequada quan el sistema físic és homogeni en el temps.
Energia interna dels cossos
És la suma de les energies de les interaccions moleculars i els moviments tèrmics de les molècules que la formen. No es pot mesurar directament perquè és una funció inequívoca de l'estat del sistema. Sempre que un sistema es troba en un estat determinat, la seva energia interna té el seu valor inherent, independentment de la història de l'existència del sistema. El canvi d'energia interna durant la transició d'un estat físic a un altre és sempre igual a la diferència entre els seus valors en els estats final i inicial.
Energia interna del gas
A més dels sòlids, els gasos també tenen energia. Representa l'energia cinètica del moviment tèrmic (caòtic) de les partícules del sistema, que inclouen àtoms, molècules, electrons i nuclis. L'energia interna d'un gas ideal (un model matemàtic d'un gas) és la suma de les energies cinètiques de les seves partícules. Això té en compte el nombre de graus de llibertat, que és el nombre de variables independents que determinen la posició de la molècula a l'espai.
Ús d'energia
Cada any la humanitat consumeix més i més recursos energètics. Molt sovint per energia,necessaris per a la il·luminació i la calefacció dels nostres habitatges, el funcionament de vehicles i mecanismes diversos, s'utilitzen hidrocarburs fòssils com el carbó, el petroli i el gas. Són recursos no renovables.
Lamentablement, només una petita fracció de l'energia del nostre planeta prové de recursos renovables com l'aigua, el vent i el sol. Fins ara, la seva participació en el sector energètic és només del 5%. Un altre 3% de les persones reben en forma d'energia nuclear produïda a les centrals nuclears.
Els recursos no renovables tenen les reserves següents (en joules):
- energia nuclear - 2 x 1024;
- gas i energia del petroli – 2 x 10 23;
- calor interna del planeta - 5 x 1020.
Valor anual dels recursos renovables de la Terra:
- energia solar - 2 x 1024;
- vent - 6 x 1021;
- riu - 6, 5 x 1019;
- marees marines - 2,5 x 1023.
Només amb una transició oportuna de l'ús de les reserves d'energia no renovables de la Terra a les renovables, la humanitat té l'oportunitat d'una existència llarga i feliç al nostre planeta. Per implementar desenvolupaments d'avantguarda, científics de tot el món continuen estudiant detingudament les diferents propietats de l'energia.
