Enerhiya ang dahilan kung bakit posible ang buhay hindi lamang sa ating planeta, kundi pati na rin sa Uniberso. Gayunpaman, maaari itong ibang-iba. Kaya, ang init, tunog, ilaw, kuryente, microwave, calories ay iba't ibang uri ng enerhiya. Para sa lahat ng mga prosesong nagaganap sa paligid natin, ang sangkap na ito ay kinakailangan. Karamihan sa enerhiya na umiiral sa Earth ay natatanggap mula sa Araw, ngunit may iba pang mga mapagkukunan nito. Inililipat ito ng araw sa ating planeta hanggang sa 100 milyon sa pinakamakapangyarihang mga planta ng kuryente ang magbubunga ng sabay-sabay.
Ano ang enerhiya?
Ang teoryang iniharap ni Albert Einstein ay nag-aaral ng kaugnayan sa pagitan ng bagay at enerhiya. Ang mahusay na siyentipikong ito ay nagawang patunayan ang kakayahan ng isang sangkap na maging isa pa. Kasabay nito, lumabas na ang enerhiya ang pinakamahalagang salik sa pagkakaroon ng mga katawan, at pangalawa ang materya.
Ang enerhiya ay, sa pangkalahatan, ang kakayahang gumawa ng ilang gawain. Siya ang pinaninindiganang konsepto ng isang puwersa na may kakayahang ilipat ang isang katawan o bigyan ito ng mga bagong katangian. Ano ang ibig sabihin ng salitang "enerhiya"? Ang pisika ay isang pangunahing agham kung saan maraming mga siyentipiko mula sa iba't ibang panahon at bansa ang nagtalaga ng kanilang buhay. Maging si Aristotle ay gumamit ng salitang "enerhiya" upang tukuyin ang aktibidad ng tao. Isinalin mula sa wikang Griyego, ang "enerhiya" ay "aktibidad", "lakas", "aksyon", "kapangyarihan". Sa unang pagkakataon na lumitaw ang salitang ito sa isang treatise ng isang Greek scientist na tinatawag na "Physics".
Sa ngayon ay karaniwang tinatanggap na kahulugan, ang terminong ito ay nilikha ng English physicist na si Thomas Young. Ang mahalagang kaganapang ito ay naganap noong 1807. Noong 50s ng siglo XIX. ang Ingles na mekaniko na si William Thomson ang unang gumamit ng konsepto ng "kinetic energy", at noong 1853 ipinakilala ng Scottish physicist na si William Rankin ang terminong "potential energy".
Ngayon ang scalar quantity na ito ay naroroon sa lahat ng sangay ng physics. Ito ay isang solong sukat ng iba't ibang anyo ng paggalaw at interaksyon ng bagay. Sa madaling salita, ito ay isang sukatan ng pagbabago ng isang anyo patungo sa isa pa.
Mga sukat at pagtatalaga
Ang dami ng enerhiya ay sinusukat sa joules (J). Ang espesyal na yunit na ito, depende sa uri ng enerhiya, ay maaaring may iba't ibang mga pagtatalaga, halimbawa:
- Ang W ay ang kabuuang enerhiya ng system.
- Q - thermal.
- U – potensyal.
Mga uri ng enerhiya
Maraming iba't ibang uri ng enerhiya sa kalikasan. Ang mga pangunahing ay:
- mekanikal;
- electromagnetic;
- electric;
- kemikal;
- thermal;
- nuclear (atomic).
May iba pang uri ng enerhiya: liwanag, tunog, magnetic. Sa mga nagdaang taon, ang pagtaas ng bilang ng mga physicist ay hilig sa hypothesis ng pagkakaroon ng tinatawag na "madilim" na enerhiya. Ang bawat isa sa mga naunang nakalistang uri ng sangkap na ito ay may sariling mga katangian. Halimbawa, ang enerhiya ng tunog ay maaaring maipadala gamit ang mga alon. Nag-aambag sila sa panginginig ng boses ng mga eardrum sa tainga ng mga tao at hayop, salamat sa kung aling mga tunog ang maririnig. Sa kurso ng iba't ibang mga reaksiyong kemikal, ang enerhiya na kinakailangan para sa buhay ng lahat ng mga organismo ay inilabas. Anumang gasolina, pagkain, accumulator, baterya ang imbakan ng enerhiyang ito.
Ang ating bituin ay nagbibigay sa Earth ng enerhiya sa anyo ng mga electromagnetic wave. Sa ganitong paraan lamang nito malalampasan ang mga kalawakan ng Cosmos. Salamat sa makabagong teknolohiya, gaya ng mga solar panel, magagamit natin ito sa pinakadakilang epekto. Ang labis na hindi nagamit na enerhiya ay naipon sa mga espesyal na pasilidad ng imbakan ng enerhiya. Kasama ng mga nasa itaas na uri ng enerhiya, mga thermal spring, ilog, pag-agos at pag-agos ng karagatan, kadalasang ginagamit ang mga biofuel.
Mechanical Energy
Ang ganitong uri ng enerhiya ay pinag-aaralan sa sangay ng pisika na tinatawag na "Mechanics". Ito ay tinutukoy ng titik E. Ito ay sinusukat sa joules (J). Ano ang enerhiya na ito? Pinag-aaralan ng pisika ng mekanika ang paggalaw ng mga katawan at ang kanilang pakikipag-ugnayan sa isa't isa o sa mga panlabas na larangan. Sa kasong ito, ang enerhiya dahil sa paggalaw ng mga katawan ay tinatawagkinetic (na tinutukoy ng Ek), at ang enerhiya dahil sa pakikipag-ugnayan ng mga katawan o mga panlabas na larangan ay tinatawag na potensyal (Ep). Ang kabuuan ng paggalaw at pakikipag-ugnayan ay ang kabuuang mekanikal na enerhiya ng system.
May pangkalahatang tuntunin para sa pagkalkula ng parehong uri. Upang matukoy ang dami ng enerhiya, kinakailangan upang kalkulahin ang trabaho na kinakailangan upang ilipat ang katawan mula sa zero na estado sa estado na ito. Bukod dito, kapag mas maraming trabaho, mas maraming enerhiya ang magkakaroon ng katawan sa ganitong estado.
Paghihiwalay ng mga species ayon sa iba't ibang pamantayan
Mayroong ilang uri ng pagbabahagi ng enerhiya. Ayon sa iba't ibang pamantayan, nahahati ito sa: panlabas (kinetic at potensyal) at panloob (mechanical, thermal, electromagnetic, nuclear, gravitational). Ang electromagnetic energy, naman, ay nahahati sa magnetic at electric, at ang nuclear energy ay nahahati sa enerhiya ng mahina at malakas na pakikipag-ugnayan.
Kinetic
Anumang gumagalaw na katawan ay nakikilala sa pamamagitan ng pagkakaroon ng kinetic energy. Madalas itong tinatawag na - pagmamaneho. Ang enerhiya ng isang katawan na gumagalaw ay nawawala kapag ito ay bumagal. Kaya, mas mabilis ang bilis, mas malaki ang kinetic energy.
Kapag ang isang gumagalaw na katawan ay nadikit sa isang nakatigil na bagay, ang isang bahagi ng kinetic ay inililipat sa huli, na pinapaandar ito. Ang formula ng kinetic energy ay ang mga sumusunod:
Sa salita, ang formula na ito ay maaaring ipahayag bilang mga sumusunod: ang kinetic energy ng isang bagay aykalahati ng produkto ng mass nito ay di ulitin ang parisukat ng bilis nito.
Potensyal
Ang ganitong uri ng enerhiya ay taglay ng mga katawan na nasa ilang uri ng force field. Kaya, ang magnetic ay nangyayari kapag ang isang bagay ay nasa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field. Lahat ng katawan sa mundo ay may potensyal na gravitational energy.
Depende sa mga katangian ng mga bagay na pinag-aaralan, maaari silang magkaroon ng iba't ibang uri ng potensyal na enerhiya. Kaya, ang nababanat at nababanat na mga katawan na may kakayahang mag-inat, ay may potensyal na enerhiya ng pagkalastiko o pag-igting. Ang anumang bumabagsak na katawan na dati ay hindi gumagalaw ay nawawalan ng potensyal at nakakakuha ng kinetic. Sa kasong ito, ang halaga ng dalawang uri na ito ay magiging katumbas. Sa gravitational field ng ating planeta, ang formula ng potensyal na enerhiya ay magiging ganito:
Sa salita, ang formula na ito ay maaaring ipahayag bilang mga sumusunod: ang potensyal na enerhiya ng isang bagay na nakikipag-ugnayan sa Earth ay katumbas ng produkto ng masa nito, pagbilis ng grabidad at ang taas kung saan ito matatagpuan.
Ang scalar value na ito ay isang katangian ng energy reserve ng isang material point (body) na matatagpuan sa isang potensyal na force field at ginagamit upang makakuha ng kinetic energy dahil sa gawain ng field forces. Minsan ito ay tinatawag na coordinate function, na isang termino sa Langrangian ng system (ang Lagrange function ng isang dynamical system). Inilalarawan ng system na ito ang kanilang pakikipag-ugnayan.
Ang potensyal na enerhiya ay tinutumbas sa zero para saisang tiyak na pagsasaayos ng mga katawan na matatagpuan sa kalawakan. Ang pagpili ng configuration ay natutukoy sa pamamagitan ng kaginhawahan ng karagdagang mga kalkulasyon at tinatawag na "normalization ng potensyal na enerhiya".
Ang batas ng pagtitipid ng enerhiya
Ang isa sa mga pinakapangunahing postulate ng pisika ay ang batas ng konserbasyon ng enerhiya. Ayon sa kanya, ang enerhiya ay hindi lumilitaw mula sa kahit saan at hindi nawawala kahit saan. Ito ay patuloy na nagbabago mula sa isang anyo patungo sa isa pa. Sa madaling salita, mayroon lamang pagbabago sa enerhiya. Kaya, halimbawa, ang kemikal na enerhiya ng isang flashlight na baterya ay na-convert sa elektrikal na enerhiya, at mula dito sa liwanag at init. Ang iba't ibang kagamitan sa bahay ay ginagawang liwanag, init o tunog ang elektrikal na enerhiya. Kadalasan, ang resulta ng pagbabago ay init at liwanag. Pagkatapos nito, napupunta ang enerhiya sa nakapalibot na espasyo.
Ang batas ng enerhiya ay maaaring ipaliwanag ang maraming pisikal na phenomena. Sinasabi ng mga siyentipiko na ang kabuuang dami nito sa uniberso ay patuloy na nananatiling hindi nagbabago. Walang sinuman ang makakalikha ng panibagong enerhiya o makakasira nito. Sa pagbuo ng isa sa mga uri nito, ginagamit ng mga tao ang enerhiya ng gasolina, bumabagsak na tubig, isang atom. Kasabay nito, ang isa sa mga anyo nito ay nagiging isa pa.
Noong 1918, napatunayan ng mga siyentipiko na ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay isang matematikal na resulta ng translational symmetry ng oras - ang halaga ng conjugate energy. Sa madaling salita, natitipid ang enerhiya dahil sa katotohanang hindi nag-iiba ang mga batas ng pisika sa iba't ibang panahon.
Mga Tampok ng Enerhiya
Ang enerhiya ay ang kakayahan ng katawan na gumawa ng trabaho. Sa saradopisikal na mga sistema, ito ay pinapanatili sa buong panahon (hangga't ang sistema ay sarado) at isa sa tatlong additive integral ng paggalaw na nagpapanatili ng halaga sa panahon ng paggalaw. Kabilang dito ang: enerhiya, angular momentum, momentum. Ang pagpapakilala ng konsepto ng "enerhiya" ay angkop kapag ang pisikal na sistema ay homogenous sa oras.
Internal na enerhiya ng mga katawan
Ito ang kabuuan ng mga energies ng mga molecular interaction at ang thermal motions ng mga molecule na bumubuo dito. Hindi ito direktang masusukat dahil ito ay isang hindi malabo na function ng estado ng system. Sa tuwing makikita ng isang sistema ang sarili sa isang partikular na estado, ang panloob na enerhiya nito ay may taglay na halaga, anuman ang kasaysayan ng pagkakaroon ng sistema. Ang pagbabago sa panloob na enerhiya sa panahon ng paglipat mula sa isang pisikal na estado patungo sa isa pa ay palaging katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga halaga nito sa pangwakas at paunang mga estado.
Internal na enerhiya ng gas
Bukod sa mga solido, ang mga gas ay mayroon ding enerhiya. Kinakatawan nito ang kinetic energy ng thermal (chaotic) motion ng mga particle ng system, na kinabibilangan ng mga atoms, molecules, electron, nuclei. Ang panloob na enerhiya ng isang perpektong gas (isang matematikal na modelo ng isang gas) ay ang kabuuan ng mga kinetic energies ng mga particle nito. Isinasaalang-alang nito ang bilang ng mga antas ng kalayaan, na siyang bilang ng mga independiyenteng variable na tumutukoy sa posisyon ng molekula sa espasyo.
Paggamit ng enerhiya
Taon-taon ang sangkatauhan ay kumukonsumo ng mas maraming mapagkukunan ng enerhiya. Kadalasan para sa enerhiya,kinakailangan para sa pag-iilaw at pag-init ng ating mga tahanan, pagpapatakbo ng mga sasakyan at iba't ibang mekanismo, ang mga fossil hydrocarbon tulad ng karbon, langis at gas ay ginagamit. Ang mga ito ay hindi nababagong mapagkukunan.
Sa kasamaang palad, maliit na bahagi lamang ng enerhiya ng ating planeta ang nagmumula sa mga nababagong mapagkukunan tulad ng tubig, hangin at araw. Sa ngayon, ang kanilang bahagi sa sektor ng enerhiya ay 5% lamang. Isa pang 3% na tao ang natatanggap sa anyo ng nuclear energy na ginawa sa mga nuclear power plant.
Ang mga hindi nababagong mapagkukunan ay may mga sumusunod na reserba (sa joules):
- nuclear energy - 2 x 1024;
- gas at oil energy – 2 x 10 23;
- internal heat ng planeta - 5 x 1020.
Taunang halaga ng renewable resources ng Earth:
- solar energy - 2 x 1024;
- hangin - 6 x 1021;
- ilog - 6, 5 x 1019;
- sea tides - 2.5 x 1023.
Tanging sa napapanahong paglipat mula sa paggamit ng mga hindi nababagong reserbang enerhiya ng Earth tungo sa mga nababagong, ang sangkatauhan ay may pagkakataon para sa isang mahaba at masayang pag-iral sa ating planeta. Para ipatupad ang mga makabagong pag-unlad, patuloy na pinag-aaralan nang mabuti ng mga siyentipiko sa buong mundo ang iba't ibang katangian ng enerhiya.
