Потенциальная энергия. Энергия определение в физике

Что такое энергия?

О разных видах энергии написаны целые книги. Многие ученые проводят разные опыты в этой сфере. Для человечества это одна из самых злободневных тем. С развитием технологии мы стали практически абсолютно зависимы от источников питания. Поэтому многим интересно, что такое энергия, какая она бывает и как ее используют.

Разные науки дают свое определение энергии. Так, в физике - это скалярная величина (т.е. ее величину можно выразить одним числом), являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи. В зависимости от источника энергии, определение может меняться. Существует и такое понятие, как биоэнергетика. Под ним понимают поле, которое окружает человека. Если оно доброе, то энергия положительная, если злое - негативная.

Но мы остановимся только на том, что такое энергия в рамках физики. Первым видом энергии, которую смог получить человек - это огонь. С помощью трения двух палочек удавалось получить искру и разжечь сухие ветки. Так люди смогли получать источник тепла. С развитием цивилизации в мир пришли водяные мельницы. С помощью колеса они могли выполнять разную работу за счет энергии реки. В Европе уже в XI веке были построены ветряные мельницы.

В современном мире появились и другие виды энергии. С развитием техники появилась большая потребность в источнике питания. Поэтому ученые постоянно ищут новые виды энергии. Не во всех странах и областях можно использовать гидростанции и ветряные станции. В последние годы многие исследователи заговорили о сохранности природных ресурсов нашей планеты. Для этого предлагается использовать альтернативные источники энергии, например, Солнца (с помощью специальных батарей). На сегодняшний день есть два пути ее реализации. Так можно использовать ее в качестве источника тепла или преобразовать непосредственно в электрический ток посредством батареи. Проблема в том, что пока энергия Солнца является дорогим удовольствием (несмотря на экспериментальные дома).

Более перспективна атомная энергия. Ее получают в результате распада атомных ядер. Чаще всего с этой целью используют уран-235 или плутоний. Этот вид применяют в бомбах, а также на специальных станциях, которые позволяют получать тепло и электричество.

Но споры о строительстве атомных станций ведутся до сих пор. После аварии в Чернобыле стало ясно, что в случае катастрофы люди попадают в зону поражения. Радиация отравляет все живое в округе, и этот эффект сохраняется долгие годы. Поэтому большое внимание уделяется разработке систем безопасности. Но, с точки зрения экологии, атомные станции не такие вредные. Опасные выбросы с них не фиксируются.

Итак, что такое энергия? Это источник тепла, электричества и так далее. Получают ее разными путями. Ученые со всего мира все чаще поднимают проблему исчерпаемости природных ресурсов: газа, нефти, угля. Поэтому в современном мире все больше внимания уделяется разработке альтернативных источников питания. Что такое энергия воды, ветра или Солнца? Это то, что можно использовать вечно.

fb.ru

Энергия

Молния является одной из форм передачи энергии

Паровые двигатели преобразуют тепло в механическую энергию ..

Энергия (от греч. ενεργός - Деятельный) - общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает из ничего и никуда не исчезает, она может только переходить из одного вида в другой ( закон сохранения энергии). Понятие энергии связывает все явления природы в одно целое, является общей характеристикой состояния физических тел и физических полей.

Вследствие существования закона сохранения энергии понятие "энергия" связывает все явления природы.

Понятие энергии связано со способностью тела или системы выполнить работу. При этом тело или система частично теряет энергию, расходуя ее на изменения в окружающих телах.

1. Обозначение и единицы измерения

Динамо преобразует механическую энергию в электрическую.

Огонь превращает химическую энергию в тепловую.

В физике энергия обычно обозначается латинской буквой E.

В СИ энергия измеряется в джоулях. В системе СГС - в эргах. Кроме этих основных единиц измерения на практике используется очень много других удобных при конкретном застовуванни единиц. В атомной и ядерной физиках а также в физике элементарных частиц энергию измеряют электрон-вольтами, в химии калориями, в физике твердого тела градусами Кельвина, в спектроскопии обращенными сантиметрами, в квантовой химии в Гартри.

2. Виды энергии

Согласно различных форм движения материи, различают несколько типов энергии: механическая, электромагнитная, химическая, ядерная, тепловая, гравитационная и др.. Это разделение достаточно условно. Так химическая энергия состоит из кинетической энергии движения электронов, их взаимодействия и взаимодействия с атомами.

Кроме того, различают энергию внутреннюю и энергию в поле внешних сил. Внутренняя энергия равна сумме кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии взаимодействия молекул между собой. Внутренняя энергия изолированной системы является постоянной.

В различных физических процессах различные виды энергии могут превращаться друг в другой. Например, ядерная энергия в атомных электростанциях превращается сначала во внутреннюю тепловую энергию пары, которая вращает турбины (механическая энергия), в свою очередь индуцируют электрический ток в генераторах (электрическая энергия), который используется для освещения (энергия электромагнитного поля) и т.д.

Энергия системы однозначно зависит от параметров, характеризующих ее состояние. В случае непрерывного среды вводят понятие плотности энергии - энергия в единице объема, и плотности потока энергии, равная произведению плотности энергии на скорость ее перемещения.

Томас Янг. Первым применил термин энергия. В Украине более известный как Томас Юнг. Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц, немецкий физик, физиолог и психолог

3. История

Понятие энергии состояло в физике в течение многих веков. Его понимание все время менялось. Впервые термин энергия в современном физическом смысле применил в 1808 году Томас Янг. К тому употреблялся термин "жизненная сила" ( лат. vis viva ), Который еще в 17-м веке ввел в обращение Лейбниц, определив его как произведение массы на квадрат скорости. В 1829 году Кориолис впервые применил термин кинетическая энергия в современном смысле, а срок потенциальная энергия был введен Уильямом Рэнкин в 1853 году. В то время полученные в исследованиях в различных областях науки данные начали складываться в общую картину. Благодаря опытам Джоуля, Майера, Гельмгольца прояснилось вопросы преобразования механической энергии в тепловую. В одной из первых работ О сохранении силы" (1847) Гельмгольц, следуя идее единства природы, математически обосновал закон сохранения энергии и положение о том, что живой организм является физико-химическим средой, в которой указанный закон точно выполняется. Гельмгольц сформулировал "принцип сохранения силы" и невозможность Perpetuum Mobile. Эти открытия позволили сформулировать первый закон термодинамики или закон сохранения энергии. Понятие энергии стало центральным в понимании физических процессов. Вскоре естественным образом в понятие энергии вписалась термодинамика химических реакций и теория электрических и электромагнитных явлений.

С постройкой теории относительности в понятие энергии прибавилось новое понимание. Если раньше потенциальная энергия определялась с точностью до произвольной постоянной, то теория Эйнштейна установила связь энергии с массой.

Квантовая механика обогатила понятие энергии квантованием - для определенных физических систем энергия может принимать только дискретные значения. Кроме того принцип неопределенности установил границы точности измерения энергии и ее взаимосвязь с время. Теорема Нетер продемонстрировала, что закон сохранения энергии вытекает из принципа однородности времени, по которому физические процессы в одинаковых системах протекают одинаково, даже если они начинаются в разные моменты времени.

Энергия тела зависит от системы отсчета, т.е. неодинакова для разных наблюдателей. Если тело движется со скоростью v относительно некоего наблюдателя, то для другого наблюдателя, движущегося с той же скоростью, оно покажется неподвижным. Соответственно, для первого спостреригача кинетическая энергия тела будет равна (исходя из законов классической механики) , Где m - масса тела, а для другого - нулю.

Эта зависимость энергии от системы отсчета сохраняется также в теории относительности. Для определения преобразований, которые происходят с энергией при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой используется сложная математическая конструкция - тензор энергии-импульса.

Энергия тела зависит от скорости уже не так как в ньютоновской физике, а формуле Эйнштейна :

где - инвариантная масса. В системе отсчета, связанной с телом, его скорость равна нулю, а энергия, которую называют энергией покоя:

Это минимальная энергия, которую может иметь массивное тело. Значение формулы Эйнштейна также в том, что к ней энергия определялась с точностью до произвольной постоянной, а формула Эйнштейна находит абсолютное значение этой постоянной.

5. Квантовая механика

Тогда, как в классической физике энергия любой системы меняется непрерывно и может принимать произвольных значений, Квантовая теория утверждает, что энергия микрочастиц, привязанных силой взаимодействия с другими микрочастицами в ограниченных областей пространства, может принимать только определенные дискретные значения. Так, атомы излучают энергию в виде дискретных порций - световых квантов, или фотонов, величина которых зависит от частоты :

где - постоянная Планка, а - циклическая частота.

Оператором энергии в квантовой механике есть гамильтониан. В стационарных состояниях квантовых систем энергия может иметь только те значения, которые соответствуют собственным значением гамильтониана. Для локализованных состояний энергия может иметь только определенные дискретные значения.

6. Принцип неопределенности

Энергия является физической величиной, канонически сопряженной с время. Принцип неопределенности Гейзенберга для энергии записывается в виде

где - погрешность в определении энергии, - Погрешность в определении времени, - сводная постоянная Планка.

Это условие означает, что для абсолютно точного определения энергии физической системы за ней нужно наблюдать бесконечно долго. Если ситема существует в определенном состоянии конечное время, то погрешность в определении ее энергии определяется этим временем.

Учитывая малое значение постоянной Планка, погрешность в определении энергии макроскопических систем незначительна, и в большинстве случаев ею можно пренебречь. Однако, при рассмотрении микроскопических состояний с очень малым время жизни, она может быть существенной.

См.. также

Источники

Федорченко А.М. Теоретическая механика. - М.: Высшая школа, 1975., 516 с.
Федорченко А.М. Теоретическая физика. Квантовая механика, термодинамика и статистическая физика. Т.2.. - М.: Высшая школа, 1993., 415 с.
Feynman Richard The Feynman Lectures on Physics; Volume 1. - USA: Addison Wesley. - ISBN 0-201-02115-3.

Smith, Crosbie (1998). The Science of Energy - a Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain. The University of Chicago Press. ISBN 0-226-76420-6.

nado.znate.ru

ЭНЕРГИЯ - это... Что такое ЭНЕРГИЯ?

(от греч. ἐνέργεια – деятельность) – одно из фундаментальных понятий совр. физики, обычно определяемое как способность материальных систем совершать работу при изменении своего состояния и непосредственно связываемое с законом сохранения Э. (см. Сохранения принципы). Понимание работы как изменения формы движения, рассматриваемого с его количеств. стороны (см. Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1969, с. 78), позволяет трактовать Э. как единую общую меру качественно различных форм движения материи, сохраняющуюся при их взаимопревращениях, т.е. при переходах от одного вида Э. к другому. Исторически представления об Э. и ее сохранении сформировались в механике. Одним из источников этих представлений послужило основанное на обобщении опыта положение о невозможности создания вечного двигателя, а другим – спор об истинной мере механич. движения, возникший в конце 17 в. между сторонниками Декарта и Лейбница. Декарт считал мерой механич. движения количество движения mv, а Лейбниц, опираясь на Гюйгенса, – величину mv2, к-рую он назвал "живая сила" (vis viva). Термин "Э." впервые употребил в 1807 англ. ученый Т. Юнг, понимавший под Э. "произведение массы или веса тела на квадрат числа, выражающего скорость" ("Lectures on natural philosophy and the mechanical arts", v. 1, L., 1807, p. 78). Первые шаги в распространении понятия Э. (еще в старой терминологии) за пределы механики были сделаны Румфордом (1798) и С. Карно (1824), к-рые установили взаимопревращение теплоты и механич. работы. Успехи физики нач. 19 в., обнаружившие взаимосвязь и взаимопревращение различных "сил" природы – тепловой, химической, электрической, магнитной и механической, создали предпосылки для формулирования и разработки закона сохранения и превращения Э. (Р. Майер, Дж. Джоуль и Г. Гельмгольц). При этом использовалась старая терминология и речь шла о сохранении "силы". Гельмгольц впервые ввел понятие потенциальной Э. (с помощью термина "сила напряжения") и дал выражения для Э. гравитационных, статических, электрических и магнитных явлений. Во 2-й пол. 19 в. закон сохранения и превращения Э. занял прочное положение в физике. Тогда же начала употребляться и совр. терминология. У. Томсон (Кельвин) дал в 1853 определение Э., часто цитируемое и поныне. Согласно этому определению, под Э. материальной системы в определ. состоянии понимается измеренная в механич. единицах работы сумма всех действий, к-рые производятся вне системы, когда она переходит из этого состояния любым способом в произвольно выбранное нулевое состояние. Дальнейшее развитие понятия Э. заключалось в уточнении представлений о потенциальной Э. и разработке учения о локализации и движении Э. (см. Д. Д. Гуло, Из истории учения о движении энергии, в сб.: История и методология естеств. наук, вып. 2, [М.], 1963, с. 135). К концу 19 в. подавляющее большинство ученых рассматривало Э. как атрибут материальных объектов. Однако нек-рые физики считали Э. особого рода невещественной (но материальной) субстанцией, для к-рой вещество и поле выступали в качестве резервуара. Крайнее выражение эта т. зр. получила в энергетизме.

Типология видов Э. строится либо по типу материальных объектов – носителей Э. (механическая, тепловая, химическая), либо по типу их взаимодействий (электромагнитная, гравитационная Э.). Механич. Э. подразделяется на кинетическую (зависящую только от скоростей движущихся тел) и потенциальную (зависящую только от положений тел), но это разделение не всегда может быть проведено. В термодинамике применяется разделение Э. с т. зр. возможности ее непосредств. превращения в механич. работу, на свободную и связанную. Др. способ разделения основывается на различении внешней и внутр. Э., причем под внешней Э. понимается механич. Э., а под внутренней – весь остаток полной Э.

В совр. физике понятие Э. продолжает оставаться одним из центральных. Спец. теория относительности установила закон взаимосвязи массы и Э. (E=mc2), толкование к-рого породило много филос. споров о характере этой взаимосвязи (см. А. Поликаров, Относительность и кванты, пер. с болг., М., 1966, с. 192–243; Н. Ф. Овчинников, Понятия массы и Э. в их историч. развитии и филос. значении, М., 1957). Единодушия в этом вопросе пока не достигнуто. В общей относительности теории до сих пор не разрешены трудности, связанные с реализацией требований закона сохранения Э. Квантовая теория рассматривает понятие Э. как элементарное, наряду с понятиями импульса, координаты и момента времени. Оператор Гамильтона, символизирующий полную Э. квантово-механич. системы, является главным матем. средством теоретич. схемы квантовой механики. В релятивистской квантовой теории элементарных частиц основополагающая роль понятия Э. сохраняется, однако там возникают трудности филос. порядка в интерпретации несохранения Э., имеющего место при виртуальных процессах в рамках соотношения неопределенностей (см. Микрочастицы). Лит.: Мейерсон Э., Тождественность и действительность, [пер. с франц.], СПБ, 1912, с. 196–225; Содди Ф., Материя и Э., пер. с англ., М., 1913; Πланк М., Принципы сохранения Э., пер. с нем., М.–Л., 1938; Кравец Т. П., Эволюция учения об Э. (1897–1947), "Успехи физич. наук", 1948, т. 36, вып. 3; Кузнецов Б. Г., Принципы классич. физики, М., 1958, с. 79–140; Овчинников Η. Φ., Принципы сохранения, М., 1966; Гельфер Я., Законы сохранения, М., 1967, с. 16–47, 75–152, 157–73; Theobald D. W., The concept of energy, L., [1966].

Философская Энциклопедия. В 5-х т. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Ф. В. Константинова. 1960—1970.

dic.academic.ru

это что такое? Определение, виды :: SYL.ru

Энергия - это способность что-то изменить: например, температуру тел, их расположение или магнитные свойства. То есть с технической точки зрения – способность выполнять работу. Энергия (значение слова по-гречески (energeia) – "деятельность") определяет все, что происходит в мире.

Энергия как работа

Например, если требуется закипятить воду, то необходимо применить энергию тепла. Вода нагревается, так как приложенная тепловая энергия ускоряет движение молекул. Точно так же человек использует энергию при поднятии любого предмета, только здесь изменяется положение предмета, а затраченная энергия преобладает над силой тяжести и инерцией. Древние люди использовали только собственные силы в виде источников энергии или силы домашних животных. Очень простой пример тепловой энергии можно увидеть, если потереть ладони друг о друга. С приложением небольших физических усилий выделяется ощутимое тепло между ладонями – это энергия тепла.

Понятие "энергия" в философии означает все родственное силе, способное на какое-либо достижение, согласно терминологии Аристотеля. Первым источником энергии извне, которым воспользовался человек, был огонь. Древний человек использовал огонь для обогрева своего жилища и приготовления еды.

У современных людей пребывают на службе мощнейшие источники энергии, которые превышают человеческую силу в миллион раз. Еду современный человек готовит не только с помощью огня, а предметы, весящие тонны, поднимает с помощью механизмов, строит новые города и покоряет космос.

Солнце как источник энергии

Все виды энергии, которые так необходимы человечеству, животным и растениям для жизни на Земле, испокон веков происходят от Солнца. Солнце можно сравнить с наимощнейшей электростанцией, постоянно производящей энергию.

Интересно, что за одну секунду оно создает столько энергии, сколько смогут выработать все атомные электростанции США на протяжении 10 миллионов лет. Все источники энергии Земли, вспыхнув одновременно, не смогли бы затмить Солнце. И еще один пример: кусочек внешней оболочки Солнца величиной со спичечный коробок светит ярче, чем 10 миллионов свечей. Во внутренней оболочке Солнца постоянно происходят атомные реакции, которые и являются основой работы этой мощнейшей электростанции. Источник этой энергии практически неисчерпаем, но ученые мира заявляют, что через 2 миллиарда лет Солнце сожжет все свое горючее и поэтому все живое на планете Земля исчезнет. А пока звезда по имени Солнце будет выбрасывать в космос свои неисчерпаемые потоки энергии, наименьшую частицу которой получает планета Земля в виде света и тепла. Этой минимальной частицы целиком хватает для существования всего живого на Земле.

Ископаемые источники энергии

Планете понадобились миллионы лет, чтобы накопить в земной коре источники, которые можно превратить в энергию, в виде угля, торфа, нефти и природного газа. Человечество бездумно тратит эти запасы, не задумываясь о потомках, и это правда. Залежи нефти и газа, производимые Землей на протяжении одного миллиона лет, человечество тратит за год. Эти источники энергии относятся к невозобновляемым, так как, сгорев однажды, они исчезают. И следующего образования угля, нефти и газа можно ожидать только через несколько сотен миллионов лет. Из-за этого нарушается энергетический баланс энергии на Земле, так как соотношение получаемой энергии и той, которая отдается в космос, должно быть уравновешено.

В результате такого быстрого уничтожения запасов образуются газы, которые препятствуют возврату в космос избытка солнечной энергии. Поэтому наша планета становится все теплее, то есть создается парниковый эффект. Он настолько может изменить мировой климат, что произойдет увеличение площади пустынь, разразятся опустошающие ураганы, растает лед на полюсах и, как следствие, поднимется уровень моря и множество побережий окажутся под водой.

Определение энергии

Если вас попросят: "Дайте определение энергии", - можно смело отвечать, что энергия - это субстанция, которая никуда не исчезает, может лишь накапливаться и трансформироваться, переходя из одного вида в другой. Например, растения требуют света, они превращают солнечную энергию и накапливают ее. Эту энергию они отдают людям и животным в виде съедобных продуктов. Люди и животные, получив энергию от растений, превращают ее в другие виды энергии, например в мышечную силу. С другой стороны, все добытые из коры земли энергетические запасы созданы из останков животных и растений, которые жили много миллионов лет назад, под действием давления и высокой температуры в коре Земли. При сгорании их также освобождается энергия, которая происходит от Солнца.

Единицы измерения энергии

Энергия – это величина, измеряемая в джоулях, единицах, названных в честь английского физика Джеймса Джоуля. Джоуль – очень маленькая частица энергии, например, энергия, которую выделяет при охлаждении чашка кофе, равняется 100 000 джоулей. Поэтому для удобства количество энергии выражают в килоджоулях и мегаджоулях. Чтобы узнать, сколько энергии вырабатывается в конкретную единицу времени, используется еще она единица измерения – ватт, называемая единицей измерения мощности. Для примера можно взять человеческий организм. Интересно, что во время нормальной жизнедеятельности человека его мощность равняется мощности электрической лампочки (примерно 100 ватт). Сердце обычно работает с мощностью 3 ватта, что отвечает мощности карманного фонарика. Прогресс не стоит на месте, и сегодня машины во много раз увеличили возможности человеческой силы. Один маленький трактор мощностью 50 киловатта делает работы больше, чем 100 сильных спортсменов, а мощность реактивного самолета достигает 6 мегаватт.

Энергия: определение, виды, на которые она подразделяется

Суть энергии состоит в свойстве накапливаться и переходить из одного состояния в другое, на этом основываются все человеческие изобретения и открытия.Энергия подразделяется на потенциальную и кинетическую. Все вещества во Вселенной обладают своей энергией. Если держать камень в руке, он имеет свою потенциальную энергию, то есть энергию покоя, но как только камень отпустить, потенциальная энергия переходит в другой вид энергии - кинетическую, то есть в энергию движения. Можно рассмотреть пример превращения угля в свет. При сгорании некоторого количества угля потенциальная солнечная энергия, которая в нем накопилась, превращается в теплоту. Высокая температура, в свою очередь, заставляет воду испаряться. Кинетическая энергия движения паров передается на ротор турбины, приводя ее в движение. Эта энергия в генераторе превращается в электрическую, которая передается по электропроводам к лампочке. Дальше спираль лампочки нагревается и начинает накаляться, энергия превращается в тепловую. Часть накаленной спирали в вакууме излучает световую энергию, в лампочке загорается свет. Виды энергий могут постоянно меняться, трансформируясь друг в друга.

Вечный двигатель

С тех пор, как только люди начали познавать понятие энергии, они стремятся получить ее с наименьшими потерями. Изобретатели стремятся открыть такой механизм, который вырабатывал бы ее, то есть был бы вечным двигателем, постоянно двигаясь, но при этом не используя энергию. Теорий задумано огромное множество, но, к сожалению, такое изобретение невозможно. Энергию нельзя произвести, можно только освободить накопленную потенциальную и превратить ее в другую форму.

Существует множество форм различной энергии и все они взаимосвязаны друг с другом.

Формы энергии

Энергии бывают "твердыми", источниками которых служат:

уголь;
нефть;
газ;
атом.

Поскольку для их получения используют полезные ископаемые, они могут навредить окружающей среде.

А существуют еще "мягкие" энергии, например:

энергия воды;
энергия ветра;
биоэнергия;
солнечная энергия.

Трансформация энергии

Энергию движения можно превратить в электрическую , электрическую - в световую и тепловую, солнечную – в электрическую, химическую – в тепловую и т.д. Но общее количество энергии остается всегда неизменным. Например, при движении автомобиля часть энергии при сгорании бензина превращается в энергию движения, а часть - в тепловую, которая не исчезает, а выделяется в окружающую среду. Часть этой тепловой энергии можно использовать для обогрева салона с помощью радиатора печки. Когда в автомобиле заканчивается бензин, это значит, что у него закончились энергетические ресурсы. Но ученый бы выразился по-другому: он бы сказал, что энергия трансформировалась. Фундаментальное утверждение современной науки - это закон сохранения энергии. Энергию нельзя создать или уничтожить, она лишь изменяет свою форму. Это значит, что силы энергии, которые существуют во Вселенной, присутствуют в ней с самого начала и будут присутствовать, пока не исчезнет сама Вселенная. Не существует такой машины, которая бы выделяла больше энергии, чем использует, поэтому вечный двигатель невозможно изобрести. Превращение энергии происходит по тем же законам, что и течение реки: всегда только в одном направлении.

КПД энергии

Превращение энергии из одной формы в другую всегда сопровождается потерей теплоты, и чем меньше эти потери, тем лучше используется эта энергия, и тем экономнее сама машина. Например, велосипедист 95% своей физической силы превращает в физическую энергию и только 5% идет на тепловые остатки от работы велосипеда. Соотношение между потраченной энергией и полученной называется коэффициентом полезного действия. У велосипедиста он равен 95%, а у автомобиля он составит всего 25%, потому что только эта часть идет на приведение машины в движение, а остальная – тепловые излишки.

Энергия воды

Вода имеет огромную силу, она одолевает долины и горы, проделывает путь через самые немыслимые преграды. Недаром в народе говорят: «Вода камень точит». Чтобы добыть энергию из воды, ее необходимо приручить. В большинстве случаев для этого строят плотины и дамбы, которые преграждают путь в море потоку, накапливают воду, создавая искусственные водоемы. В таком виде вода имеет потенциальную энергию.

При падении с дамбы вода притягивается земной гравитацией и вырабатывается гравитационная энергия, когда вода падает с высоты вниз. На электростанциях эта вода имеет механическую энергию, когда приводит в движение турбины, которые превращают ее в электрическую. Ток по проводам устремляется к различным потребителям электроэнергии. Когда включается лампочка, она дает свет, то есть электромагнитную энергию и теплоту.

Биологическая энергия

Биоэнергия – это энергия растений, относится к обновляемым видам энергии. Растения получают свою энергию непосредственно от Солнца и для всего живого на земле растения – самый важный источник энергии и продуктов питания. Под влиянием света растения вырабатывают из углекислого газа и воды, которые находятся в воздухе, богатый энергией водород. Животные и люди проходят более сложный путь, ведь они не могут, как растения, синтезировать еду самостоятельно. Они обходными путями все равно возвращаются к растениям, чтобы в виде продуктов питания получить от них накопленную энергию. Множество животных и большинство людей питаются не только растениями, но и мясом животных, которые тоже питались растениями. Живой организм может существовать только в том случае, если с пищей он получает больше энергии, чем тратит на ее приобретение.

Атомная энергия

Самая знаменитая научная формула изобретена немецким физиком Альбертом Эйнштейном. Ее содержание: энергия – это масса, умноженная на квадрат скорости света. Формула утверждает, что масса есть не что иное, как форма энергии. Из этого следует, что можно превратить энергию в материю и рассчитать, сколько энергии из этого превращения получится. Первым практическим результатом этого превращения стали атомные бомбы, которые в конце Второй мировой войны были испытаны над японскими городами. Крошечное количество материи урана трансформировали в огромное количество разрушающей энергии. И хотя только седьмая часть превратилась в энергию, разрушающее действие ее было ужасным. Ударная волна и тепловое излучение уничтожили города, сотни тысяч жителей умерли из-за радиоактивного излучения.

Силу атома пытаются сегодня приручить на атомных электростанциях. Здесь ядерная реакция происходит не в виде взрыва, а как постепенная отдача теплоты. При этом радиоактивное излучение стараются тщательно изолировать с помощью специальных защитных кожухов.

Полученное тепло превращает воду в пар, который движет турбину, и электрогенератор, и дальше работает схема, как на тепловых электростанциях, - разница только в используемом материале. Для того чтобы атомное ядро освободило энергию, его необходимо разрушить и расщепить. Ученые научились расщеплять ядро атома урана. Для этого на него воздействуют нейтронами, обладающими низкой энергией. Тогда оно распадается на два более легких ядра, которые вырабатывают энергию, в результате чего высвобождается несколько новых нейтронов. Они возобновляют реакцию с последующим расщеплением ядер, то есть превращают процесс в цепную реакцию, которая происходит с огромной скоростью и длится до тех пор, пока не закончится уран, подвергшийся расщеплению.

Откуда берется столько энергии при расщеплении атома? Дело в том, что суммарная масса двух новых атомов, которые возникли в процессе расщепления, намного меньше, чем изначального атома. Отсутствующий остаток материи превратился в энергию, количество которой огромно. Процесс расщепления ядра является основой для создания атомного оружия и атомных реакторов. Задача заключается в получении мирной энергии атома. Для этого необходимо откорректировать цепную реакцию его расщепления так, чтобы не состоялся взрыв. Для этого реакцию необходимо замедлить, в качестве таких замедлителей используют водород или воду. Они тормозят процесс проникновения потока нейтронов в ядерный реактор, вылавливают нейтроны, пропуская только необходимое для медленного распада количество.

Возникает множество споров по поводу использования атомных электростанций. С одной стороны, чтобы обеспечить развитие нашей цивилизации на высоком техническом уровне, необходимо использовать атомный источник энергии. С другой стороны, производство атомной энергии довольно опасно. Радиоактивное излучение – это побочная энергия, которая выделяется при расщеплении атома. Его нельзя ни увидеть, ни услышать, оно не имеет вкуса и запаха, но оно смертельно опасно для всего живого. Примером стал взрыв на Чернобыльской АЭС. В окружающую среду были выброшены огромные дозы радиации, тысячи людей погибли, получив лучевую болезнь, десятки тысяч болеют и умирают от рака, из района радиации переселены целые города. А за радиоактивные отходы атомных станций потомки могут расплачиваться на протяжении тысячи лет. Самые современные защитные разработки не могут гарантировать полной защиты атомных электростанций. Слишком много зависит от человека, а ему свойственно ошибаться.

Солнечные батареи

Единственной безопасной атомной электростанцией является Солнце, потому что оно находится от нас на расстоянии 150 миллионов километров. Можно ли превратить энергию Солнца непосредственно в электрическую? Да, такая возможность существует, и реализуется она с помощью солнечных батарей. Такая техника была создана всего несколько десятилетий назад, но уже успешно используется.

Солнечные батареи – это пластины с чрезвычайно тонкими слоями. Один слой сделан из кремния, а второй – из кремния и бора. Вместе с солнечным светом, попадающим на солнечную батарею, на ее внешний слой попадают фотоны – наименьшие частички света, излучаемые Солнцем. Они перемещают электроны во второй слой и создают электрическое напряжение. Перемещаемые электроны попадают в накопитель тока, а затем в электрическую цепь. С каждым годом солнечные батареи совершенствуются, возможно, в будущем они смогут обеспечить нашу планету электроэнергией. Возможно, электрическую и тепловую энергию будут добывать из возобновляемых источников, таких как ветер, солнце, вода и водород и растения. Они неисчерпаемы, по крайней мере, пока светит Солнце.

www.syl.ru

Энергия — WiKi

Эне́ргия (др.-греч. ἐνέργεια — действие, деятельность, сила, мощь) — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то её энергия сохраняется в этой системе на протяжении времени, в течение которого система будет являться замкнутой. Это утверждение носит название закона сохранения энергии.

С фундаментальной точки зрения, энергия представляет собой один из трёх (энергия, импульс, момент импульса) аддитивных интегралов движения (то есть сохраняющихся при движении величин), связанный, согласно теореме Нётер, с однородностью времени.

Слово «энергия» введено Аристотелем в трактате «Физика», однако там оно обозначало деятельность человека.

Используемые обозначения

Обычно обозначается символом Е — от лат. energīa (действие, деятельность, мощь).

Для обозначения тепловой энергии обычно используется символ Q — от англ. quantity of heat (количество теплоты).

Для обозначения внутренней энергии тела обычно используется символ U (происхождение символа подлежит уточнению).

В отдельных случаях может использоваться символ W — от англ. work (работа, труд), как способность выполнять работу.

История термина

Термин «энергия» происходит от слова energeia, которое впервые появилось в работах Аристотеля.

Томас Юнг первым использовал понятие «энергия» в современном смысле слова

Лейбниц в своих трактатах 1686 и 1695 годов ввёл понятие «живой силы» (vis viva), которую он определил как произведение массы объекта и квадрата его скорости (в современной терминологии — кинетическая энергия, только удвоенная). Кроме того, Лейбниц верил в сохранение общей «живой силы». Для объяснения уменьшения скорости тел из-за трения, он предположил, что утраченная часть «живой силы» переходит к атомам.

Маркиза Эмили дю Шатле в книге «Учебник физики» (фр. Institutions de Physique, 1740), объединила идею Лейбница с практическими наблюдениями Виллема Гравезанда.

В 1807 году Томас Юнг первым использовал термин «энергия» в современном смысле этого слова взамен понятия «живая сила»[1]. Гаспар-Гюстав Кориолис раскрыл связь между работой и кинетической энергией в 1829 году. Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин) впервые использовал термин «кинетическая энергия» не позже 1851 года, а в 1853 году Уильям Ренкин впервые ввёл понятие «потенциальная энергия».

Несколько лет велись споры, является ли энергия субстанцией (теплород) или только физической величиной.

Развитие паровых двигателей требовало от инженеров разработать понятия и формулы, которые позволили бы им описать механический и термический КПД своих систем. Инженеры (Сади Карно), физики (Джеймс Джоуль, Эмиль Клапейрон и Герман Гельмгольц), математики — все развивали идею, что способность совершать определённые действия, называемая работой, была как-то связана с энергией системы. В 1850-х годах, профессор натурфилософии из Глазго Уильям Томсон и инженер Уильям Ренкин начали работу по замене устаревшего языка механики с такими понятиями как «кинетическая и фактическая (actual) энергии»[1]. Уильям Томсон соединил знания об энергии в законы термодинамики, что способствовало стремительному развитию химии. Рудольф Клаузиус, Джозайя Гиббс и Вальтер Нернст объяснили многие химические процессы, используя законы термодинамики. Развитие термодинамики было продолжено Клаузиусом, который ввёл и математически сформулировал понятие энтропии, и Джозефом Стефаном, который ввёл закон излучения абсолютно чёрного тела. В 1853 году Уильям Ренкин ввёл понятие «потенциальная энергия»[1]. В 1881 году Уильям Томсон заявил перед слушателями[2]:

Само слово энергия, хотя и было впервые употреблено в современном смысле доктором Томасом Юнгом приблизительно в начале этого века, только сейчас входит в употребление практически после того, как теория, которая дала определение энергии, … развилась от просто формулы математической динамики до принципа, пронизывающего всю природу и направляющего исследователя в области науки.

Оригинальный текст (англ.)

The very name energy, though first used in its present sense by Dr Thomas Young about the beginning of this century, has only come into use practically after the doctrine which defines it had … been raised from mere formula of mathematical dynamics to the position it now holds of a principle pervading all nature and guiding the investigator in the field of science.

В течение следующих тридцати лет эта новая наука имела несколько названий, например, «динамическая теория тепла» (англ. dynamical theory of heat) и «энергетика» (англ. energetics). В 1920-х годах общепринятым стало название «термодинамика» — наука о преобразовании энергии.

Особенности преобразования тепла и работы были показаны в первых двух законах термодинамики. Наука об энергии разделилась на множество различных областей, таких как биологическая термодинамика и термоэкономика (англ. thermoeconomics). Параллельно развивались связанные понятия, такие как энтропия, мера потери полезной энергии, мощность, поток энергии за единицу времени, и так далее. В последние два века использование слова энергия в ненаучном смысле широко распространилось в популярной литературе.

В 1918 году было доказано, что закон сохранения энергии есть математическое следствие трансляционной симметрии времени, величины сопряжённой энергии. То есть энергия сохраняется, потому что законы физики не отличают разные моменты времени (см. Теорема Нётер, изотропия пространства).

В 1961 году выдающийся преподаватель физики и нобелевский лауреат, Ричард Фейнман в лекциях так выразился о концепции энергии[3]:

Существует факт, или, если угодно, закон, управляющий всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определённая величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлечённо. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним.

Оригинальный текст (англ.)

There is a fact, or if you wish, a law, governing natural phenomena that are known to date. There is no known exception to this law—it is exact so far we know. The law is called conservation of energy; it states that there is a certain quantity, which we call energy that does not change in manifold changes which nature undergoes. That is a most abstract idea, because it is a mathematical principle; it says that there is a numerical quantity, which does not change when something happens. It is not a description of a mechanism, or anything concrete; it is just a strange fact that we can calculate some number, and when we finish watching nature go through her tricks and calculate the number again, it is the same.

— Фейнмановские лекции по физике[4]

Виды энергии

Механика различает потенциальную энергию (или, в более общем случае, энергию взаимодействия тел или их частей между собой или с внешними полями) и кинетическую энергию (энергия движения). Их сумма называется полной механической энергией.

Энергией обладают все виды полей. По этому признаку различают: электромагнитную (разделяемую иногда на электрическую и магнитную энергии), гравитационную (тяготения) и атомную (ядерную) энергии (также может быть разделена на энергию слабого и сильного взаимодействий).

Термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы.

В химии рассматриваются такие величины, как энергия связи и энтальпия, имеющие размерность энергии, отнесённой к количеству вещества. См. также: химический потенциал.

Энергия взрыва иногда измеряется в тротиловом эквиваленте.

Кинетическая

Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в СИ — джоуль. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением.

Потенциальная

Потенциальная энергия U(r→){\displaystyle U({\vec {r}})} — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счет работы сил поля. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы[5].

Термин «потенциальная энергия» был введен в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином. Единицей измерения энергии в СИ является джоуль. Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии.

Электромагнитная

Гравитационная

Гравитационная энергия — потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным тяготением. Гравитационно-связанная система — система, в которой гравитационная энергия больше суммы всех остальных видов энергий (помимо энергии покоя). Общепринята шкала, согласно которой для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, гравитационная энергия отрицательна, а для бесконечно удалённых, то есть для гравитационно не взаимодействующих тел, гравитационная энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной и кинетической энергии постоянна, для изолированной системы гравитационная энергия является энергией связи. Системы с положительной полной энергией не могут быть стационарными.

Ядерная

Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях.

Энергия связи — энергия, которая требуется, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, неодинакова для разных химических элементов и, даже, изотопов одного и того же химического элемента.

Внутренняя

Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекул. Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между её значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Химический потенциал

Химический потенциал μ{\displaystyle \mu } — один из термодинамических параметров системы, а именно энергия добавления одной частицы в систему без совершения работы.

Энергия взрыва

Взрыв — физический или/и химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов.

При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва. Энергию взрыва иногда измеряют в тротиловом эквиваленте — мере энерговыделения высокоэнергетических событий, выраженной в количестве тринитротолуола (ТНТ), выделяющем при взрыве равное количество энергии.

Энергия вакуума

Энергия вакуума - энергия, равномерно распределённая в вакууме и вызывающая отталкивание между любыми материальными объектами во Вселенной с силой, прямо пропорциональной их массе и расстоянию между ними. Обладает крайне низкой плотностью.

Осмотическая энергия

Осмотическая энергия — работа, которую надо произвести, чтобы повысить концентрацию молекул или ионов в растворе.

Энергия и работа

Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.

В специальной теории относительности

Энергия и масса

Согласно специальной теории относительности между массой и энергией существует связь, выражаемая знаменитой формулой Эйнштейна

E=mc2,{\displaystyle E=mc^{2},}

где E{\displaystyle E} — энергия системы, m{\displaystyle m} — её масса, c{\displaystyle c} — скорость света в вакууме. Несмотря на то, что исторически предпринимались попытки трактовать это выражение как полную эквивалентность понятия энергии и массы, что, в частности, привело к появлению такого понятия как релятивистская масса, в современной физике принято сужать смысл этого уравнения, понимая под массой массу тела в состоянии покоя (так называемая масса покоя), а под энергией — только внутреннюю энергию, заключённую в системе.

Энергия тела, согласно законам классической механики, зависит от системы отсчета, то есть неодинакова для разных наблюдателей. Если тело движется со скоростью v относительно некоего наблюдателя, то для другого наблюдателя, движущегося с той же скоростью, оно будет казаться неподвижным. Соответственно, для первого наблюдателя кинетическая энергия тела будет равна, mv2/2{\displaystyle mv^{2}/2} , где m{\displaystyle m} — масса тела, а для другого наблюдателя — нулю.

Эта зависимость энергии от системы отсчета сохраняется также в теории относительности. Для определения преобразований, происходящих с энергией при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой используется сложная математическая конструкция — тензор энергии-импульса.

Зависимость энергии тела от скорости рассматривается уже не так, как в ньютоновской физике, а согласно вышеназванной формуле Эйнштейна:

E=mc21−v2/c2,{\displaystyle E={\frac {mc^{2}}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}},}

где m{\displaystyle m} — инвариантная масса. В системе отсчета, связанной с телом, его скорость равна нулю, а энергия, которую называют энергией покоя, выражается формулой:

E0=mc2.{\displaystyle E_{0}=mc^{2}.}

Это минимальная энергия, которую может иметь массивное тело. Значение формулы Эйнштейна также в том, что до неё энергия определялась с точностью до произвольной постоянной, а формула Эйнштейна находит абсолютное значение этой постоянной.

Энергия и импульс

Специальная теория относительности рассматривает энергию как компоненту 4-импульса (4-вектора энергии-импульса), в который наравне с энергией входят три пространственные компоненты импульса. Таким образом энергия и импульс оказываются связанными и оказывают взаимное влияние друг на друга при переходе из одной системы отсчёта в другую.

В квантовой механике

В квантовой механике энергия E{\displaystyle E} свободной частицы связана с круговой частотой ω{\displaystyle \omega } соответствующей волны де Бройля соотношением E=ℏω{\displaystyle E=\hbar \omega } , где ℏ{\displaystyle \hbar } — постоянная Планка. [6][7] Это уравнение является математическим выражением принципа корпускулярно-волнового дуализма волн и частиц для случая энергии.[8] В квантовой механике энергия двойственна времени. В частности, в силу фундаментальных причин принципиально невозможно измерить абсолютно точно энергию системы в каком-либо процессе, время протекания которого конечно. При проведении серии измерений одного и того же процесса значения измеренной энергии будут флуктуировать, однако среднее значение всегда определяется законом сохранения энергии. Это приводит к тому, что иногда говорят, что в квантовой механике сохраняется средняя энергия.

В общей теории относительности

В общей теории относительности время не является однородным, поэтому возникают определённые проблемы при попытке введения понятия энергии. В частности, оказывается невозможным определить энергию гравитационного поля как тензор относительно общих преобразований координат.

Энергия и энтропия

Внутренняя энергия (или энергия хаотического движения молекул) является самым «деградированным» видом энергии — она не может превращаться в другие виды энергии без потерь (см.: энтропия).

Физическая размерность

В системе физических величин LMT энергия имеет размерность ML2T−2{\displaystyle ML^{2}T^{-2}} .

Соотношения между единицами энергии. Единица Эквивалент в Дж в эрг в межд. кал в эВ

1 Дж	1	107	0,238846	0,624146·1019
1 эрг	10−7	1	2,38846·10−8	0,624146·1012
1 межд. Дж[9]	1,00020	1,00020·107	0,238891	0,624332·1019
1 кгс·м	9,80665	9,80665·107	2,34227	6,12078·1019
1 кВт·ч	3,60000·106	3,60000·1013	8,5985·105	2,24693·1025
1 л·атм	101,3278	1,013278·109	24,2017	63,24333·1019
1 межд. кал (calIT)	4,1868	4,1868·107	1	2,58287·1019
1 термохим. кал (калТХ)	4,18400	4,18400·107	0,99933	2,58143·1019
1 электронвольт (эВ)	1,60219·10−19	1,60219·10−12	3,92677·10−20	1

Источники энергии

Условно источники энергии можно поделить на два типа: невозобновляемые и постоянные. К первым относятся газ, нефть, уголь, уран и т. д. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, неэкологична, и многие из них истощаются. К постоянным источникам можно отнести энергию солнца, энергию, получаемую на ГЭС и т. д.

Невозобновляемые ресурсы энергии и их величина (Дж)[10]

Вид ресурса	Запасы
Термоядерная энергия	3,6*1026
Ядерная энергия	2*1024
Химическая энергия нефти и газа	2*1023
Внутреннее тепло Земли	5*1020

Возобновляемые ресурсы энергии и их годовая величина (Дж)[10]

Вид ресурса	Запасы
Солнечная энергия	2*1024
Энергия морских приливов	2,5*1023
Энергия ветра	6*1021
Энергия рек	6,5*1019

Потребление энергии

См. также

Примечания

↑ 1 2 3 Смит, Кросби. The science of energy: a cultural history of energy physics in Victorian Britain. — The University of Chicago Press, 1998. — ISBN 0-226-76421-4.
↑ Томсон, Уильям. Об источниках энергии, доступных человеку для совершения механических эффектов = On the sources of energy available to man for the production of mechanical effect. — BAAS Rep, 1881. С. 513
↑ Richard Feynman. The Feynman Lectures on Physics. — США: Addison Wesley, 1964. — Vol. 1. — ISBN 0-201-02115-3.
↑ Фейнман, Ричард. Фейнмановские лекции по физике = The Feynman Lectures on Physics. — Т. 1.
↑ Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теоретическая физика. — 5-е изд. — М.: Физматлит, 2004. — Т. I. Механика. — 224 с. — ISBN 5-9221-0055-6.
↑ Паули, 1947, с. 11.
↑ Широков, 1972, с. 18.
↑ Широков, 1972, с. 19.
↑ Джоуль (единица энергии и работы) — статья из Большой советской энциклопедии. Г. Д. Бурдун.
↑ 1 2 Алексеев, 1978, с. 134.
↑ http://profbeckman.narod.ru/InformLekc.files/Inf03.pdf

Литература

Ссылки

ru-wiki.org

Энергия | Наука | FANDOM powered by Wikia

С фундаментальной точки зрения, энергия представляет собой один из трёх (энергия, импульс, момент импульса) аддитивных интегралов движения (то есть сохраняющуюся при движении величину), связанный, согласно теореме Нётер, с однородностью времени. Таким образом, введение понятия энергии как физической величины целесообразно только в том случае, если рассматриваемая физическая система однородна во времени.

Слово «энергия» введено Аристотелем в трактате «Физика», однако там оно обозначало деятельность человека.

Используемые обозначения Править

Обычно обозначается символом Е — от лат. energīa (действие, деятельность, мощь).

Для обозначения тепловой энергии обычно используется символ Q — от англ. quantity of heat (количество тепла).

Для обозначения потенциальной энергии обычно используется символ U (происхождение символа подлежит уточнению).

История термина Править

Термин «энергия» происходит от слова energeia, которое впервые появилось в работах Аристотеля.

Лейбниц в своих трактатах 1686 и 1695 годов ввёл понятие «живой силы» (vis viva), которую он определил как произведение массы объекта и квадрата его скорости (в современной терминологии — кинетическая энергия, только удвоенная). Кроме того, Лейбниц верил в сохранение общей «живой силы». Для объяснения замедления из-за трения, он предположил, что утраченная часть «живой силы» переходит к атомам.

В 1807 году Томас Юнг первым использовал термин «энергия» в современном смысле этого слова взамен понятия живая сила[1]. Гаспар-Гюстав Кориолис раскрыл связь между работой и кинетической энергией в 1829 году. Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин) впервые использовал термин «кинетическая энергия» не позже 1851 года, а в 1853 году Уильям Ренкин впервые ввёл понятие «потенциальная энергия».

Несколько лет велись споры, является ли энергия субстанцией (теплород) или только физической величиной.

Оригинальный текст (англ.)

Существует факт, или, если угодно, закон, управляющий всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определённая величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлечено. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним.

Оригинальный текст (англ.)

— Фейнмановские лекции по физике[4]

Термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы.

Энергия взрыва иногда измеряется в тротиловом эквиваленте.

Кинетическая Править

Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в СИ — Джоуль. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением.

Потенциальная Править

Потенциальная энергия $ U(\vec r) $ — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счет работы сил поля. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы[5].

Термин «потенциальная энергия» был введен в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином. Единицей измерения энергии в СИ является Джоуль. Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии.

Электромагнитная Править

Гравитационная Править

Ядерная Править

Внутренняя Править

Химический потенциал Править

Химический потенциал $ \mu $ — один из термодинамических параметров системы, а именно энергия добавления одной частицы в систему без совершения работы.

Энергия взрыва Править

Энергия и работа Править

В специальной теории относительности Править

Энергия и масса Править

где E — энергия системы, m — её масса, c — скорость света в вакууме. Несмотря на то, что исторически предпринимались попытки трактовать это выражение как полную эквивалентность понятия энергии и массы, что, в частности, привело к появлению такого понятия как релятивистская масса, в современной физике принято сужать смысл этого уравнения, понимая под массой массу тела в состоянии покоя (так называемая масса покоя), а под энергией — только внутреннюю энергию, заключённую в системе.

Энергия тела, согласно законам классической механики, зависит от системы отсчета, то есть неодинакова для разных наблюдателей. Если тело движется со скоростью v относительно некоего наблюдателя, то для другого наблюдателя, движущегося с той же скоростью, оно будет казаться неподвижным. Соответственно, для первого наблюдателя кинетическая энергия тела будет равна, $ m v^2/2 $, где m — масса тела, а для другого наблюдателя — нулю.

где $ m $ — инвариантная масса. В системе отсчета, связанной с телом, его скорость равна нулю, а энергия, которую называют энергией покоя, выражается формулой:

Энергия и импульс Править

В квантовой механике Править

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации.Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.Эта отметка установлена 12 мая 2011 года.

[[Категория:Наука:Статьи с разделами без ссылок на источники Ошибка: неправильное время]][[К:Наука:Статьи без источников (страна: Ошибка скрипта)]][[К:Наука:Статьи без источников (страна: Ошибка скрипта)]][[К:Наука:Статьи без источников (страна: Ошибка скрипта)]]Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «[»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «[»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «[» В квантовой механике энергия $ E $ свободной частицы связана с круговой частотой $ \omega $ соответствующей волны де Бройля соотношением $ E=\hbar \omega $, где $ \hbar $ — постоянная Планка. [1][2] Это уравнение является математическим выражением принципа корпускулярно-волнового дуализма волн и частиц для случая энергии.[3] В квантовой механике энергия двойственна времени. В частности, в силу фундаментальных причин принципиально невозможно измерить абсолютно точно энергию системы в каком-либо процессе, время протекания которого конечно. При проведении серии измерений одного и того же процесса значения измеренной энергии будут флуктуировать, однако среднее значение всегда определяется законом сохранения энергии. Это приводит к тому, что иногда говорят, что в квантовой механике сохраняется средняя энергия.

В общей теории относительности Править

Энергия и энтропия Править

Физическая размерность Править

Энергия E имеет размерность, равную:

В системе величин LMT энергия имеет размерность $ M L^2 T^{-2} $.

1 Дж	1	107	0,238846	0,624146×1019
1 эрг	10−7	1	2,38846×10−8	0,624146×1012
1 межд. Дж[4]	1,00020	1,00020×107	0,238891	0,624332×1019
1 кгс·м	9,80665	9,80665×107	2,34227	6,12078×1019
1 кВт·ч	3,60000×106	3,60000×1013	8,5985×105	2,24693×1025
1 л·атм	101,3278	1,013278×109	24,2017	63,24333×1019
1 межд. кал (calIT)	4,1868	4,1868×107	1	2,58287×1019
1 термохим. кал (калТХ)	4,18400	4,18400×107	0,99933	2,58143×1019
1 электронвольт (эВ)	1,60219×10−19	1,60219×10−12	3,92677×10−20	1

Источники энергии Править

Потребление энергии Править

Существует довольно много форм энергии, большинство из которых[5] так или иначе используются в энергетике и различных современных технологиях.

Темпы энергопотребления растут во всем мире, поэтому на современном этапе развития цивилизации наиболее актуальна проблема энергоэффективности и энергосбережения. Шаблон:TODO

Страница 0 - краткая статья
Страница 1 - энциклопедическая статья
Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
Прошу вносить вашу информацию в «Энергия 1», чтобы сохранить ее

ru.science.wikia.com

Потенциальная энергия - это... Что такое Потенциальная энергия?

Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, характеризующая способность некого тела (или материальной точки) совершать работу за счет своего нахождения в поле действия сил. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы[1]. Термин «потенциальная энергия» был введен в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином.

Единицей измерения энергии в СИ является Джоуль.

Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии.

Корректное определение потенциальной энергии может быть дано только в поле сил, работа которых зависит только от начального и конечного положения тела, но не от траектории его перемещения. Такие силы называются консервативными.

Также потенциальная энергия является характеристикой взаимодействия нескольких тел или тела и поля.

Любая физическая система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией.

Потенциальная энергия упругой деформации характеризует взаимодействие между собой частей тела.

Потенциальная энергия в поле тяготения Земли

Потенциальная энергия в поле тяготения Земли вблизи поверхности приближённо выражается формулой:

где — масса тела, — ускорение свободного падения, — высота положения центра масс тела над произвольно выбранным нулевым уровнем.

О физическом смысле понятия потенциальной энергии

Если кинетическая энергия может быть определена для одного отдельного тела, то потенциальная энергия всегда характеризует как минимум два тела или положение тела во внешнем поле.
Кинетическая энергия характеризуется скоростью; потенциальная — взаиморасположением тел.
Основной физический смысл имеет не само значение потенциальной энергии, а её изменение.

См. также

Ссылки

dic.academic.ru

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30