Енергія – це фізична величина, яка визначає здатність системи до виконання роботи.
У фізиці енергія зазвичай позначається латинською літерою E. У Міжнародній системі одиниць (SI) вимірюється в джоулях. У системі СГС — у ергах.
Існують різні види енергії, серед яких найпоширеніші наступні:
- Механічна – це енергія, пов’язана з рухом тіл або систем тіл. Механічна енергія може бути в різних формах: кінетична, потенціальна.
- Теплова – енергія, яка пов’язана з рухом молекул та атомів у системі. Вона залежить від температури тіла та його складу.
- Хімічна – енергія, яка залежить від зв’язків між атомами та молекулами у речовинах. Вона може бути відділена під час хімічних реакцій.
- Ядерна – енергія, яка залежить від змін у ядрах атомів. Цей вид енергії може бути відділений під час ядерних реакцій.
- Електрична – енергія, яка залежить від заряду та струму, що протікають через систему.
Крім того, існують інші види енергії, такі як магнітна, світлова, звукова та інші.
Механічна енергія
Види механічної енергії
- Кінетична енергія — стосується тіл, що знаходяться в русі: поступальному і обертальному.
- Потенційна енергія — пов’язана з впливом полів потенційних (наприклад, гравітаційних) сил та пружними деформаціями тіла.
Кінетична енергія
Кінетична енергія – це енергія, яка пов’язана з рухом тіл. Ця енергія залежить від маси тіла та його швидкості. Чим більша маса тіла та його швидкість, тим більша його кінетична енергія.
Формула для обчислення кінетичної енергії має наступний вигляд:
де Е – кінетична енергія (в джоулях), m – маса тіла (в кілограмах), v – швидкість тіла (в метрах за секунду).
Наприклад, якщо маса тіла становить 10 кг, а його швидкість – 5 м/с, то його кінетична енергія дорівнює:
Е = 1/2 ∙ 10 кг ∙ (5 м/с)2 = 125 Дж.
Кінетична енергія важлива у багатьох галузях науки та техніки. Наприклад, вона є основою для розрахунків у техніці, пов’язані з механікою руху, а також у фізиці та інженерії.
Потенціальна енергія
Потенціальна енергія – це енергія, яка пов’язана зі станом тіла в полі сил, наприклад, гравітаційному полі Землі або електричному полі заряджених тіл. Потенціальна енергія залежить від положення тіла в полі сил та від сили самого поля.
Наприклад, у гравітаційному полі потенціальна енергія тіла залежить від висоти на якій знаходиться тіло. Формула для обчислення потенціальної енергії у гравітаційному полі має наступний вигляд:
E = m ∙ g ∙ h,
де
E – потенціальна енергія (в джоулях),
m – маса тіла (в кілограмах),
g – прискорення вільного падіння (9,8 м/с2 на поверхні Землі),
h – висота на якій знаходиться тіло (в метрах).
У електричному полі потенціальна енергія залежить від електричного заряду тіла та потенціалу поля. Формула для обчислення потенціальної енергії у електричному полі має наступний вигляд:
E = 1/2 ∙ Q ∙ V,
де
E – потенціальна енергія (в джоулях),
Q – електричний заряд тіла (в кулонах),
V – потенціал електричного поля (в вольтах).
Концепція потенціальної енергії є важливою у фізиці та інженерії, особливо в механіці та електротехніці. Вона використовується для розрахунків роботи, що виконується при зміні потенціальної енергії, наприклад, при руху тіл у полі сил або при зарядженні електричних пристроїв.
Теплова енергія
Теплова енергія – це форма енергії, яка пов’язана з рухом молекул та атомів в речовині. Ця енергія виникає внаслідок термічного руху частинок речовини, який відбувається за рахунок їхньої кінетичної енергії. Теплова енергія може бути передана від одного тіла до іншого через теплову взаємодію.
Теплова енергія може бути виміряна в джоулях або кілокалоріях. Для більш точного вимірювання теплової енергії використовуються спеціальні пристрої – калориметри.
Теплова енергія використовується в різних галузях науки та техніки, включаючи теплоенергетику, хімію, металургію та інші. В теплоенергетиці теплова енергія використовується для виробництва електроенергії, опалення будинків, промислових процесів тощо. В хімії теплова енергія використовується для здійснення різних хімічних реакцій та синтезу різних речовин.
Хімічна енергія
Хімічна енергія – це енергія, яка зберігається в хімічних зв’язках між атомами та молекулами. Коли хімічна реакція відбувається, зв’язки між атомами розриваються або утворюються нові зв’язки, і відбувається звільнення або поглинання енергії. Ця енергія може бути випромінена у вигляді тепла, світла або інших форм енергії.
Хімічна енергія може бути збережена в різних матеріалах, таких як палива, їжа, батареї та акумулятори. При спалюванні палива відбувається хімічна реакція, яка звільняє енергію у вигляді тепла та світла. Батареї та акумулятори містять хімічні речовини, які можуть випускати електрони при хімічній реакції, створюючи електричний струм.
Хімічна енергія використовується в різних галузях науки та техніки, включаючи енергетику, хімію, біологію та інші. В енергетиці палива використовуються для виробництва електроенергії, тепла та інших форм енергії. У хімії хімічна енергія використовується для проведення хімічних реакцій та виробництва різних хімічних речовин. У біології хімічна енергія міститься в харчових продуктах та використовується для забезпечення життєдіяльності організмів.
Ядерна енергія
Ядерна енергія – це енергія, яка звільняється під час ядерних реакцій, таких як ядерний розпад, ядерне злиття або ядерний поділ. Ця енергія може бути використана для створення електроенергії, яка використовується у промисловості та побуті.
Ядерна енергія може бути випроміненою або поглинутою атомами. У ядерному розпаді важкі ядра розпадаються на менші ядра, звільняючи енергію у вигляді радіоактивного випромінювання. У ядерному злитті легкі ядра об’єднуються, утворюючи важкі ядра, звільняючи при цьому велику кількість енергії. У ядерному поділі важкі ядра розщеплюються на менші, також звільнюючи енергію.
Ядерна енергія використовується у атомних електростанціях для виробництва електроенергії. У цих електростанціях використовуються ядерні реакції для нагрівання води, яка потім приводить турбіни, що генерують електричний струм. Однак, ядерна енергія також може мати негативні наслідки, такі як радіаційне забруднення та ядерні аварії. Тому використання ядерної енергії повинно бути суворо контрольоване та регульоване.
Електрична енергія
Електрична енергія – це форма енергії, яка перетворюється на електричний струм і використовується для живлення різноманітних пристроїв та систем.
Електрична енергія виробляється в електростанціях, де використовуються різні джерела енергії, такі як вугілля, нафта, газ, вітер та сонце. Електричний струм, що виробляється в електростанціях, потім постачається до споживачів через електричну мережу.
Використання електричної енергії має безліч переваг, включаючи ефективність, зручність та чистоту. Це дозволяє використовувати електричну енергію в різних галузях, таких як промисловість, транспорт, побут та інформаційні технології.
Однак, виробництво електричної енергії може мати вплив на навколишнє середовище та здоров’я людей, залежно від джерела енергії та технології виробництва. Тому ефективне та сталий розвиток електричної енергії потребує вирішення різноманітних екологічних, соціальних та економічних викликів.
Перетворення енергії
Перетворення енергії – це процес перетворення однієї форми енергії в іншу форму. Енергія може перетворюватись з однієї форми в іншу в результаті різноманітних фізичних та хімічних процесів.
Закон збереження енергії, у фізиці, принцип, згідно з яким повна енергія замкненої системи зберігається впродовж часу. Енергія не виникає з нічого і не зникає в нікуди, а може лише перетворюватись з однієї форми на іншу.
Динамо-машина перетворює механічну енергію в електричну енергію
Коли автомобіль їде по дорозі, він використовує хімічну енергію, яка зберігається в паливі, та перетворює її на механічну енергію, яка приводить автомобіль в рух. При цьому частину цієї енергії можна перетворити на теплову енергію через тертя.
Інший приклад перетворення енергії – це використання сонячних батарей для отримання електричної енергії. Сонячні батареї використовують світлову енергію сонця та перетворюють її на електричну енергію.
Перетворення енергії є важливим для розвитку різних технологій та забезпечення людських потреб. Оскільки різні форми енергії можуть бути взаємозамінними, то перетворення енергії є ключовим процесом для забезпечення ефективного використання енергетичних ресурсів та зменшення шкідливого впливу на навколишнє середовище.