Energija se kaže na različne načine in je povezana s sposobnostjo ustvarjanja dela
Slika Federica Beccarija v Unsplash
Natančne opredelitve za energijo ni, v fiziki pa je to izjemno pomemben koncept, ki predstavlja sposobnost dela ali izvedbe nekega dejanja. Beseda se uporablja tudi na drugih znanstvenih področjih, kot sta biologija in kemija.
Energija igra ključno vlogo v vseh sektorjih življenja, saj je najpomembnejša veličina fizike. Živa bitja so odvisna od energije, da preživijo in jo pridobijo s hrano v obliki kemične energije. Poleg tega organizmi energijo prejemajo tudi od sonca.
Splošno načelo varčevanja z energijo
V fiziki se izraz ohranjanje nanaša na nekaj, kar se ne spremeni. To pomeni, da je spremenljivka enačbe, ki predstavlja konzervativno količino, skozi čas konstantna. Poleg tega ta sistem pravi, da se energija ne izgubi, ne tvori in je ni mogoče uničiti: samo spreminja se.
Napajalne enote
Enota energije, ki jo določa Mednarodni sistem enot, je džul (J), ki je opredeljen kot delo, ki ga opravi Newtonova sila v premiku 1 metra. Vendar pa lahko energijo opišemo tudi v drugih enotah:
- Kalorija (apno): količina energije, potrebna za dvig temperature grama vode s 14,5 na 15,5 stopinje Celzija. En džul je enak 0,24 kalorije;
- Kilovatska ura (kWh): običajno se uporablja za merjenje porabe električne energije (1 kWh = 3,6, 106 J);
- BTU ( britanska toplotna enota ): britanska toplotna enota 1 BTU = 252,2 kalorije;
- Elektron-volt (eV): To je količina kinetične energije, ki jo dobi en sam elektron (elektron), ko ga v vakuumu pospeši razlika električnega potenciala enega volta (1 eV = 1,6. 10–19 J).
Vrste energije
Energija je edinstvena količina, ki pa dobi različna imena, odvisno od tega, kako se kaže. Preberite več o glavnih vrstah energije v fiziki:
Kinetična energija
Kinetična energija je povezana s stanjem gibanja telesa. Ta vrsta energije je odvisna od njene mase in hitrostnega modula. Večja kot je velikost telesne hitrosti, večja je kinetična energija. Ko telo miruje, torej je modul hitrosti enak nič, kinetična energija pa nič.
Potencialna energija
Potencialna energija je povezana s položajem telesa ali deformacijo elastičnega sistema. V prvem primeru se potencialna energija imenuje gravitacijska potencialna energija, v drugem primeru pa je elastična potencialna energija.
Potencialna gravitacijska energija je odvisna od mase, teže in višine točke, na kateri se analizira telo. Potencialna elastična energija izhaja iz elastične konstante in deformacije zadevne vzmeti.
Mehanska energija
Mehanska energija je energija, ki se lahko prenaša s silo. V bistvu jo lahko razumemo kot vsoto telesne kinetične in potencialne energije.
Mehanska energija ostane konstantna, če ni razpršitvenih sil, pride le do pretvorbe med njeno kinetično in potencialno obliko.
Termalna energija
Toplotna ali notranja energija je opredeljena kot vsota kinetične in potencialne energije, povezane z mikroskopskimi elementi, ki tvorijo snov. Atomi in molekule, ki tvorijo telesa, kažejo naključna gibanja prevajanja, vrtenja in vibracij. To gibanje se imenuje termično mešanje. Spremembe toplotne energije sistema se pojavijo zaradi dela ali toplote.
Teoretično je toplotna energija povezana s stopnjo gibanja subatomskih delcev. Višja kot je temperatura telesa, večja je njegova notranja energija. Ko telo z višjo temperaturo pride v stik s telesom z nižjo temperaturo, pride do prenosa toplote.
Elektrika
Električna energija je energija, proizvedena iz električnih nabojev subatomskih delcev. Naboji med premikanjem ustvarjajo električni tok in ustvarjajo tisto, čemur pravimo elektrika.
Svetloba ali sončna energija
Svetlobno energijo tvori vrsta valov, ki jih lahko zajamejo oči. Poleg tega ga zaznajo rastline, ki ga uporabljajo v procesu fotosinteze. Žarki svetlobe, ki so oblika elektromagnetnega sevanja, dosežejo naše oči, dosežejo mrežnico in ustvarjajo električni signal, ki potuje skozi živce do možganov.
Lahko se pretvori v toplotno ali električno energijo in uporablja za različne namene. Dva glavna načina izkoriščanja sončne energije sta proizvodnja električne energije in sončno ogrevanje vode. Za proizvodnjo električne energije se uporabljata dva sistema: heliotermični, pri katerem se obsevanje najprej pretvori v toplotno in kasneje v električno energijo; in fotonapetostni, pri kateri se sončno sevanje pretvori neposredno v električno energijo.
Zvočna energija
Zvočna energija se prenaša po zraku z molekularnim gibanjem med dvema ali več predmeti, kar povzroči zvočni val. Zvočni val je sestavljen iz območij stiskanja molekul (tesne molekule, višji tlak) in območij redčenja molekul (oddaljene molekule, nižji tlak). Zvok se lahko odda, če sta dva predmeta v nasprotni smeri ali če imata isto smer različno hitrost.
Govorni valovi in drugi pogosti zvoki so zapleteni valovi, ki nastajajo pri različnih frekvencah vibracij. Ko dosežemo uho, se zvočna energija spremeni v električne signale, ki skozi živce potujejo do možganov in tako zaznamo zvok.
Nuklearna energija
Jedrska energija je energija, proizvedena v termonuklearnih elektrarnah. Načelo delovanja termonuklearne elektrarne je uporaba toplote za proizvodnjo električne energije. Toplota prihaja iz delitve jedra atomov urana na dva dela, kar je proces, imenovan jedrska cepitev.
Sevanje se pogosto uporablja v medicini, rentgenskih žarkih, radioterapiji, povezano pa je tudi z negativnimi učinki, kot so atomske bombe in jedrski odpadki.
