L'energia è ciò che rende possibile la vita non solo sul nostro pianeta, ma anche nell'Universo. Tuttavia, può essere molto diverso. Quindi, calore, suono, luce, elettricità, microonde, calorie sono diversi tipi di energia. Per tutti i processi che avvengono intorno a noi, questa sostanza è necessaria. La maggior parte dell'energia che esiste sulla Terra riceve dal Sole, ma ci sono altre sue fonti. Il sole lo trasferisce al nostro pianeta tanto quanto 100 milioni delle più potenti centrali elettriche produrrebbero contemporaneamente.
Cos'è l'energia?
La teoria avanzata da Albert Einstein studia la relazione tra materia ed energia. Questo grande scienziato è stato in grado di dimostrare la capacità di una sostanza di trasformarsi in un' altra. Allo stesso tempo, si è scoperto che l'energia è il fattore più importante nell'esistenza dei corpi e la materia è secondaria.
L'energia è, in generale, la capacità di fare un po' di lavoro. Lei è quella che rappresentail concetto di forza in grado di muovere un corpo o di dargli nuove proprietà. Cosa significa il termine "energia"? La fisica è una scienza fondamentale a cui molti scienziati di epoche e paesi diversi hanno dedicato la loro vita. Anche Aristotele usò la parola "energia" per riferirsi all'attività umana. Tradotto dalla lingua greca, "energia" è "attività", "forza", "azione", "potenza". La prima volta che questa parola è apparsa in un trattato di uno scienziato greco chiamato "Fisica".
Nel senso ora generalmente accettato, questo termine è stato coniato dal fisico inglese Thomas Young. Questo importante evento ebbe luogo nel lontano 1807. Negli anni '50 del XIX secolo. il meccanico inglese William Thomson fu il primo ad utilizzare il concetto di "energia cinetica", e nel 1853 il fisico scozzese William Rankin introdusse il termine "energia potenziale".
Oggi questa quantità scalare è presente in tutti i rami della fisica. È un'unica misura di varie forme di movimento e interazione della materia. In altre parole, è una misura della trasformazione di una forma in un' altra.
Misure e designazioni
La quantità di energia è misurata in joule (J). Questa unità speciale, a seconda del tipo di energia, può avere designazioni diverse, ad esempio:
- W è l'energia totale del sistema.
- Q - termica.
- U – potenziale.
Tipi di energia
Ci sono molti diversi tipi di energia in natura. I principali sono:
- meccanico;
- elettromagnetico;
- elettrico;
- chimico;
- termico;
- nucleare (atomico).
Ci sono altri tipi di energia: luce, suono, magnetica. Negli ultimi anni, un numero crescente di fisici è propenso all'ipotesi dell'esistenza della cosiddetta energia "oscura". Ciascuno dei tipi precedentemente elencati di questa sostanza ha le sue caratteristiche. Ad esempio, l'energia sonora può essere trasmessa utilizzando le onde. Contribuiscono alla vibrazione dei timpani nell'orecchio di persone e animali, grazie ai quali è possibile ascoltare i suoni. Nel corso di varie reazioni chimiche, viene rilasciata l'energia necessaria alla vita di tutti gli organismi. Qualsiasi combustibile, cibo, accumulatori, batterie sono l'immagazzinamento di questa energia.
La nostra stella fornisce energia alla Terra sotto forma di onde elettromagnetiche. Solo così può superare le distese del Cosmo. Grazie alla tecnologia moderna, come i pannelli solari, possiamo utilizzarla al meglio. L'energia in eccesso non utilizzata viene accumulata in speciali strutture di accumulo di energia. Insieme ai suddetti tipi di energia, sorgenti termali, fiumi, flussi e riflussi oceanici, vengono spesso utilizzati biocarburanti.
Energia meccanica
Questo tipo di energia è studiato nel ramo della fisica chiamato "Meccanica". È indicato dalla lettera E. Si misura in joule (J). Cos'è questa energia? La fisica della meccanica studia il moto dei corpi e la loro interazione tra loro o con campi esterni. In questo caso viene chiamata l'energia dovuta al movimento dei corpicinetica (indicata con Ek), e l'energia dovuta all'interazione di corpi o campi esterni è chiamata potenziale (Ep). La somma di movimento e interazione è l'energia meccanica totale del sistema.
C'è una regola generale per calcolare entrambi i tipi. Per determinare la quantità di energia, è necessario calcolare il lavoro necessario per trasferire il corpo dallo stato zero a questo stato. Inoltre, più lavoro, più energia avrà il corpo in questo stato.
Separazione delle specie secondo diversi criteri
Ci sono diversi tipi di condivisione dell'energia. Secondo vari criteri, si divide in: esterno (cinetico e potenziale) e interno (meccanico, termico, elettromagnetico, nucleare, gravitazionale). L'energia elettromagnetica, a sua volta, è divisa in magnetica ed elettrica, e l'energia nucleare è divisa in energia di interazioni deboli e forti.
Cinetica
Qualsiasi corpo in movimento si distingue per la presenza di energia cinetica. Viene spesso chiamato così: guida. L'energia di un corpo che si muove si perde quando rallenta. Pertanto, maggiore è la velocità, maggiore è l'energia cinetica.
Quando un corpo in movimento viene a contatto con un oggetto fermo, una parte di quello cinetico viene trasferita a quest'ultimo, mettendolo in moto. La formula dell'energia cinetica è la seguente:
In parole, questa formula può essere espressa come segue: l'energia cinetica di un oggetto èmetà del prodotto della sua massa per il quadrato della sua velocità.
Potenziale
Questo tipo di energia è posseduto da corpi che si trovano in una specie di campo di forza. Quindi, il magnetico si verifica quando un oggetto è sotto l'influenza di un campo magnetico. Tutti i corpi sulla terra hanno energia gravitazionale potenziale.
A seconda delle proprietà degli oggetti di studio, possono avere diversi tipi di energia potenziale. Quindi, i corpi elastici ed elastici che sono in grado di allungarsi, hanno l'energia potenziale dell'elasticità o della tensione. Qualsiasi corpo in caduta che prima era immobile perde potenziale e acquisisce cinetica. In questo caso, il valore di questi due tipi sarà equivalente. Nel campo gravitazionale del nostro pianeta, la formula dell'energia potenziale apparirà così:
In parole, questa formula può essere espressa come segue: l'energia potenziale di un oggetto che interagisce con la Terra è uguale al prodotto della sua massa, dell'accelerazione di gravità e dell' altezza alla quale si trova.
Questo valore scalare è una caratteristica della riserva di energia di un punto materiale (corpo) situato in un campo di forze potenziali e utilizzato per acquisire energia cinetica dovuta al lavoro delle forze di campo. A volte è chiamata funzione di coordinate, che è un termine nel langrangiano del sistema (la funzione di Lagrange di un sistema dinamico). Questo sistema descrive la loro interazione.
L'energia potenziale è uguale a zero peruna certa configurazione di corpi situati nello spazio. La scelta della configurazione è determinata dalla comodità di ulteriori calcoli ed è denominata "normalizzazione dell'energia potenziale".
La legge di conservazione dell'energia
Uno dei postulati più basilari della fisica è la legge di conservazione dell'energia. Secondo lui, l'energia non appare da nessuna parte e non scompare da nessuna parte. Cambia continuamente da una forma all' altra. In altre parole, c'è solo un cambiamento di energia. Quindi, ad esempio, l'energia chimica di una batteria di una torcia viene convertita in energia elettrica e da essa in luce e calore. Vari elettrodomestici trasformano l'energia elettrica in luce, calore o suono. Molto spesso, il risultato finale del cambiamento è calore e luce. Dopodiché, l'energia va nello spazio circostante.
La legge dell'energia può spiegare molti fenomeni fisici. Gli scienziati sostengono che il suo volume totale nell'universo rimane costantemente invariato. Nessuno può creare nuovamente energia o distruggerla. Sviluppando uno dei suoi tipi, le persone usano l'energia del carburante, l'acqua che cade, un atomo. Allo stesso tempo, una delle sue forme si trasforma in un' altra.
Nel 1918, gli scienziati furono in grado di dimostrare che la legge di conservazione dell'energia è una conseguenza matematica della simmetria traslazionale del tempo - il valore dell'energia coniugata. In altre parole, l'energia si conserva per il fatto che le leggi della fisica non differiscono in tempi diversi.
Caratteristiche energetiche
L'energia è la capacità di un corpo di fare un lavoro. In chiusosistemi fisici, viene preservato per tutto il tempo (finché il sistema è chiuso) ed è uno dei tre integrali additivi del movimento che conservano il valore durante il movimento. Questi includono: energia, momento angolare, quantità di moto. L'introduzione del concetto di "energia" è appropriata quando il sistema fisico è omogeneo nel tempo.
Energia interna dei corpi
È la somma delle energie delle interazioni molecolari e dei moti termici delle molecole che lo compongono. Non può essere misurata direttamente perché è una funzione univoca dello stato del sistema. Ogni volta che un sistema si trova in un dato stato, la sua energia interna ha il suo valore intrinseco, indipendentemente dalla storia dell'esistenza del sistema. La variazione dell'energia interna durante il passaggio da uno stato fisico all' altro è sempre uguale alla differenza tra i suoi valori nello stato finale e iniziale.
Energia interna del gas
Oltre ai solidi, anche i gas hanno energia. Rappresenta l'energia cinetica del moto termico (caotico) delle particelle del sistema, che comprendono atomi, molecole, elettroni, nuclei. L'energia interna di un gas ideale (un modello matematico di un gas) è la somma delle energie cinetiche delle sue particelle. Questo tiene conto del numero di gradi di libertà, che è il numero di variabili indipendenti che determinano la posizione della molecola nello spazio.
Utilizzo di energia
Ogni anno l'umanità consuma sempre più risorse energetiche. Il più delle volte per l'energia,necessari per l'illuminazione e il riscaldamento delle nostre case, il funzionamento di veicoli e meccanismi vari, vengono utilizzati idrocarburi fossili come carbone, petrolio e gas. Sono risorse non rinnovabili.
Purtroppo, solo una piccola parte dell'energia del nostro pianeta proviene da risorse rinnovabili come l'acqua, il vento e il sole. Ad oggi, la loro quota nel settore energetico è solo del 5%. Un altro 3% delle persone riceve sotto forma di energia nucleare prodotta nelle centrali nucleari.
Le risorse non rinnovabili hanno le seguenti riserve (in joule):
- energia nucleare - 2 x 1024;
- energia da gas e petrolio – 2 x 10 23;
- calore interno del pianeta - 5 x 1020.
Valore annuale delle risorse rinnovabili della Terra:
- energia solare - 2 x 1024;
- vento - 6 x 1021;
- fiumi - 6, 5 x 1019;
- maree - 2,5 x 1023.
Solo con una transizione tempestiva dall'uso delle riserve di energia non rinnovabili della Terra a quelle rinnovabili, l'umanità ha la possibilità di un'esistenza lunga e felice sul nostro pianeta. Per implementare sviluppi all'avanguardia, gli scienziati di tutto il mondo continuano a studiare attentamente le varie proprietà dell'energia.
