Energie ist das, was das Leben nicht nur auf unserem Planeten, sondern auch im Universum ermöglicht. Es kann jedoch sehr unterschiedlich sein. Wärme, Ton, Licht, Elektrizität, Mikrowellen, Kalorien sind also verschiedene Arten von Energie. Für alle Prozesse um uns herum ist diese Substanz notwendig. Die meiste Energie, die auf der Erde vorhanden ist, wird von der Sonne empfangen, aber es gibt andere Quellen dafür. Die Sonne überträgt es auf unseren Planeten, wie 100 Millionen der stärksten Kraftwerke gleichzeitig produzieren würden.
Was ist Energie?
Die von Albert Einstein aufgestellte Theorie untersucht die Beziehung zwischen Materie und Energie. Dieser große Wissenschaftler konnte die Fähigkeit einer Substanz nachweisen, sich in eine andere umzuwandeln. Gleichzeitig stellte sich heraus, dass Energie der wichtigste Faktor für die Existenz von Körpern und Materie zweitrangig ist.
Energie ist im Großen und Ganzen die Fähigkeit, etwas zu tun. Sie ist diejenige, die stehtdas Konzept einer Kraft, die einen Körper bewegen oder ihm neue Eigenschaften verleihen kann. Was bedeutet der Begriff „Energie“? Die Physik ist eine Grundlagenwissenschaft, der viele Wissenschaftler aus verschiedenen Epochen und Ländern ihr Leben gewidmet haben. Sogar Aristoteles verwendete das Wort „Energie“, um sich auf menschliche Aktivitäten zu beziehen. Aus dem Griechischen übersetzt bedeutet „Energie“„Tätigkeit“, „Stärke“, „Handlung“, „Macht“. Das erste Mal tauchte dieses Wort in einer Abhandlung eines griechischen Wissenschaftlers namens "Physik" auf.
Im heute allgemein akzeptierten Sinne wurde dieser Begriff von dem englischen Physiker Thomas Young geprägt. Dieses bedeutsame Ereignis fand bereits im Jahr 1807 statt. In den 50er Jahren des 19. Jahrhunderts. der englische Mechaniker William Thomson verwendete als erster den Begriff der „kinetischen Energie“, und 1853 führte der schottische Physiker William Rankin den Begriff „potentielle Energie“ein.
Heute ist diese skalare Größe in allen Zweigen der Physik präsent. Es ist ein einziges Maß für verschiedene Formen der Bewegung und Wechselwirkung von Materie. Mit anderen Worten, es ist ein Maß für die Umwandlung einer Form in eine andere.
Maße und Bezeichnungen
Die Energiemenge wird in Joule (J) gemessen. Diese spezielle Einheit kann je nach Energieart unterschiedliche Bezeichnungen haben, zum Beispiel:
- W ist die Gesamtenergie des Systems.
- Q - thermisch.
- U – Potenzial.
Energiearten
Es gibt viele verschiedene Arten von Energie in der Natur. Die wichtigsten sind:
- mechanisch;
- elektromagnetisch;
- elektrisch;
- chemisch;
- thermisch;
- nuklear (atomar).
Es gibt andere Arten von Energie: Licht, Ton, Magnet. In den letzten Jahren neigen immer mehr Physiker zu der Hypothese der Existenz der sogenannten "dunklen" Energie. Jede der zuvor aufgeführten Arten dieser Substanz hat ihre eigenen Eigenschaften. Beispielsweise kann Schallenergie mittels Wellen übertragen werden. Sie tragen zur Vibration des Trommelfells im Ohr von Menschen und Tieren bei, wodurch Geräusche gehört werden können. Im Zuge verschiedener chemischer Reaktionen wird die für das Leben aller Organismen notwendige Energie freigesetzt. Alle Kraftstoffe, Lebensmittel, Akkumulatoren, Batterien sind die Speicher dieser Energie.
Unser Stern gibt der Erde Energie in Form von elektromagnetischen Wellen. Nur so kann es die Weiten des Kosmos überwinden. Dank moderner Technologien wie Sonnenkollektoren können wir sie optimal nutzen. Überschüssige ungenutzte Energie wird in speziellen Energiespeichern gespeichert. Neben den oben genannten Energiearten, Thermalquellen, Flüssen, Ebbe und Flut im Ozean werden häufig Biokraftstoffe verwendet.
Mechanische Energie
Diese Art von Energie wird im Fachgebiet "Mechanik" der Physik untersucht. Sie wird mit dem Buchstaben E bezeichnet. Sie wird in Joule (J) gemessen. Was ist diese Energie? Die Physik der Mechanik untersucht die Bewegung von Körpern und ihre Wechselwirkung untereinander oder mit äußeren Feldern. In diesem Fall wird die Energie aufgrund der Bewegung von Körpern genanntkinetisch (mit Ek bezeichnet), und die Energie aufgrund der Wechselwirkung von Körpern oder externen Feldern wird als Potential (Ep) bezeichnet. Die Summe aus Bewegung und Wechselwirkung ist die gesamte mechanische Energie des Systems.
Es gibt eine allgemeine Regel für die Berechnung beider Typen. Um die Energiemenge zu bestimmen, muss die Arbeit berechnet werden, die erforderlich ist, um den Körper vom Nullzustand in diesen Zustand zu überführen. Je mehr Arbeit, desto mehr Energie wird der Körper in diesem Zustand haben.
Artentrennung nach verschiedenen Kriterien
Es gibt mehrere Arten des Energieaustauschs. Nach verschiedenen Kriterien wird es unterteilt in: extern (kinetisch und potentiell) und intern (mechanisch, thermisch, elektromagnetisch, nuklear, gravitativ). Die elektromagnetische Energie wiederum wird in magnetische und elektrische Energie unterteilt, und die Kernenergie wird in die Energie schwacher und starker Wechselwirkungen unterteilt.
Kinetisch
Jeder sich bewegende Körper zeichnet sich durch das Vorhandensein von kinetischer Energie aus. Es wird oft so genannt - Fahren. Die Energie eines Körpers, der sich bewegt, geht verloren, wenn er langsamer wird. Je höher also die Geschwindigkeit, desto größer die kinetische Energie.
Wenn ein sich bewegender Körper mit einem stationären Objekt in Kontakt kommt, wird ein Teil des kinetischen auf letzteres übertragen und setzt es in Bewegung. Die Formel für die kinetische Energie lautet wie folgt:
In Worten lässt sich diese Formel wie folgt ausdrücken: Die kinetische Energie eines Objekts istdas halbe Produkt seiner Masse mal dem Quadrat seiner Geschwindigkeit.
Potential
Diese Art von Energie wird von Körpern besessen, die sich in einer Art Kraftfeld befinden. Magnetisch tritt also auf, wenn ein Objekt unter dem Einfluss eines Magnetfelds steht. Alle Körper auf der Erde haben potentielle Gravitationsenergie.
Abhängig von den Eigenschaften der Untersuchungsobjekte können sie unterschiedliche Arten von potentieller Energie haben. Elastische und elastische Körper, die sich dehnen können, haben also die potentielle Energie der Elastizität oder Spannung. Jeder fallende Körper, der zuvor bewegungslos war, verliert Potenzial und erhält Kinetik. In diesem Fall sind die Werte dieser beiden Typen gleichwertig. Im Gravitationsfeld unseres Planeten sieht die potentielle Energieformel so aus:
In Worten lässt sich diese Formel wie folgt ausdrücken: Die potentielle Energie eines mit der Erde wechselwirkenden Objekts ist gleich dem Produkt aus seiner Masse, der Erdbeschleunigung und der Höhe, in der es sich befindet.
Dieser Skalarwert ist ein Merkmal der Energiereserve eines materiellen Punktes (Körpers), der sich in einem potentiellen Kraftfeld befindet und verwendet wird, um kinetische Energie aufgrund der Arbeit der Feldkräfte zu gewinnen. Manchmal wird sie als Koordinatenfunktion bezeichnet, was ein Begriff im Langrangian des Systems ist (die Lagrange-Funktion eines dynamischen Systems). Dieses System beschreibt ihre Interaktion.
Potenzielle Energie ist gleich Null füreine bestimmte Anordnung von im Raum befindlichen Körpern. Die Wahl der Konfiguration wird durch die Bequemlichkeit weiterer Berechnungen bestimmt und wird "Normierung der potentiellen Energie" genannt.
Energieerh altungssatz
Eines der grundlegendsten Postulate der Physik ist der Energieerh altungssatz. Ihm zufolge erscheint Energie nirgendwo und verschwindet nirgendwo. Es wechselt ständig von einer Form zur anderen. Mit anderen Worten, es findet nur eine Energieänderung statt. So wird beispielsweise die chemische Energie einer Taschenlampenbatterie in elektrische Energie und daraus in Licht und Wärme umgewandelt. Verschiedene Haush altsgeräte wandeln elektrische Energie in Licht, Wärme oder Schall um. Meistens ist das Endergebnis der Veränderung Wärme und Licht. Danach geht die Energie in den umgebenden Raum.
Das Energiegesetz kann viele physikalische Phänomene erklären. Wissenschaftler argumentieren, dass sein Gesamtvolumen im Universum ständig unverändert bleibt. Niemand kann Energie neu erschaffen oder zerstören. Bei der Entwicklung eines seiner Typen nutzen die Menschen die Energie von Kraftstoff, fallendem Wasser und einem Atom. Gleichzeitig verwandelt sich eine seiner Formen in eine andere.
1918 konnten Wissenschaftler beweisen, dass der Energieerh altungssatz eine mathematische Folge der Translationssymmetrie der Zeit ist - der Wert der konjugierten Energie. Mit anderen Worten, Energie wird gespart, da sich die Gesetze der Physik zu verschiedenen Zeiten nicht unterscheiden.
Energiefunktionen
Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu verrichten. Im geschlossenenphysikalischen Systemen bleibt es während der gesamten Zeit erh alten (solange das System geschlossen ist) und ist eines der drei additiven Bewegungsintegrale, die den Wert während der Bewegung erh alten. Dazu gehören: Energie, Drehimpuls, Impuls. Die Einführung des Begriffs "Energie" ist dann angebracht, wenn das physikalische System zeitlich homogen ist.
Innere Energie der Körper
Es ist die Summe der Energien molekularer Wechselwirkungen und der thermischen Bewegungen der Moleküle, aus denen es besteht. Sie kann nicht direkt gemessen werden, da sie eine eindeutige Funktion des Zustands des Systems ist. Immer wenn sich ein System in einem bestimmten Zustand befindet, hat seine innere Energie seinen inhärenten Wert, unabhängig von der Geschichte der Existenz des Systems. Die Änderung der inneren Energie beim Übergang von einem physikalischen Zustand in einen anderen ist immer gleich der Differenz zwischen ihren Werten im End- und Anfangszustand.
Innere Energie des Gases
Neben Feststoffen haben auch Gase Energie. Es stellt die kinetische Energie der thermischen (chaotischen) Bewegung der Teilchen des Systems dar, zu denen Atome, Moleküle, Elektronen und Kerne gehören. Die innere Energie eines idealen Gases (ein mathematisches Modell eines Gases) ist die Summe der kinetischen Energien seiner Teilchen. Dabei wird die Anzahl der Freiheitsgrade berücksichtigt, also die Anzahl der unabhängigen Variablen, die die Position des Moleküls im Raum bestimmen.
Energieverbrauch
Jedes Jahr verbraucht die Menschheit immer mehr Energieressourcen. Meistens für Energie,Für die Beleuchtung und Heizung unserer Häuser, den Betrieb von Fahrzeugen und verschiedene Mechanismen werden fossile Kohlenwasserstoffe wie Kohle, Öl und Gas verwendet. Sie sind nicht erneuerbare Ressourcen.
Leider stammt nur ein winziger Bruchteil der Energie unseres Planeten aus erneuerbaren Ressourcen wie Wasser, Wind und Sonne. Bis heute beträgt ihr Anteil im Energiesektor nur 5 %. Weitere 3 % erh alten die Menschen in Form von Kernenergie, die in Kernkraftwerken erzeugt wird.
Nicht erneuerbare Ressourcen haben folgende Reserven (in Joule):
- Kernenergie - 2 x 1024;
- Gas- und Ölenergie – 2 x 10 23;
- innere Wärme des Planeten - 5 x 1020.
Jahreswert der erneuerbaren Ressourcen der Erde:
- Solarenergie - 2 x 1024;
- wind - 6 x 1021;
- Flüsse - 6, 5 x 1019;
- Meeresgezeiten - 2,5 x 1023.
Nur mit einem rechtzeitigen Übergang von der Nutzung nicht erneuerbarer Energiereserven der Erde zu erneuerbaren hat die Menschheit eine Chance auf ein langes und glückliches Dasein auf unserem Planeten. Um Spitzenentwicklungen umzusetzen, untersuchen Wissenschaftler auf der ganzen Welt weiterhin sorgfältig die verschiedenen Eigenschaften von Energie.
