Energija se manifestira na različite načine i povezana je sa sposobnošću proizvodnje rada
Slika Federica Beccarija u Unsplashu
Ne postoji točna definicija energije, ali u fizici je to izuzetno važan pojam koji predstavlja sposobnost proizvodnje djela ili izvođenja radnje. Riječ se koristi i u drugim znanstvenim područjima, poput biologije i kemije.
Energija igra bitnu ulogu u svim sektorima života, budući da je najvažnija veličina fizike. Živa bića ovise o energiji da bi preživjela i dobivala je hranom, u obliku kemijske energije. Uz to, organizmi također dobivaju energiju od sunca.
Opće načelo uštede energije
U fizici se pojam očuvanja odnosi na nešto što se ne mijenja. To znači da je varijabla jednadžbe koja predstavlja konzervativnu veličinu konstantna tijekom vremena. Uz to, ovaj sustav kaže da se energija ne gubi, ne formira i ne može se uništiti: ona se samo mijenja.
Jedinice napajanja
Jedinica energije definirana Međunarodnim sustavom jedinica je džul (J), koji je definiran kao rad koji izvodi Newtonova sila u pomaku od 1 metra. Međutim, energija se može opisati i u drugim jedinicama:
- Kalorija (vapno): količina energije potrebna za povišenje temperature grama vode s 14,5 na 15,5 Celzijevih stupnjeva. Jedan džul jednak je 0,24 kalorije;
- Kilovatsat (kWh): obično se koristi za mjerenje potrošnje električne energije (1 kWh = 3,6, 106 J);
- BTU ( Britanska termalna jedinica ): Britanska termalna jedinica 1 BTU = 252,2 kalorija;
- Elektron-volt (eV): To je količina kinetičke energije koju je stekao pojedinačni elektron (elektron) kada ga ubrzava razlika u električnom potencijalu od jednog volta, u vakuumu (1 eV = 1,6. 10–19 J).
Vrste energije
Energija je jedinstvena veličina, ali ovisno o tome kako se manifestira, dobiva različita imena. Saznajte više o glavnim vrstama energije u fizici:
Kinetička energija
Kinetička energija povezana je sa stanjem kretanja tijela. Ova vrsta energije ovisi o svojoj masi i modulu brzine. Što je veća veličina tjelesne brzine, to je veća kinetička energija. Kada tijelo miruje, odnosno modul brzine je nula, kinetička energija je nula.
Potencijalna energija
Potencijalna energija povezana je s položajem koji tijelo zauzima ili deformacijom elastičnog sustava. U prvom slučaju potencijalna energija naziva se gravitacijska potencijalna energija, dok se u drugom slučaju naziva elastična potencijalna energija.
Potencijalna gravitacijska energija ovisi o masi, gravitaciji i visini točke u kojoj se tijelo analizira. Elastična potencijalna energija proizlazi iz elastične konstante i deformacije dotične opruge.
Mehanička energija
Mehanička energija je energija koja se može prenositi silom. U osnovi, to se može shvatiti kao zbroj kinetičke i potencijalne energije tijela.
Mehanička energija ostaje konstantna u nedostatku disipativnih sila, događa se samo pretvorba između njezinih kinetičkih i potencijalnih oblika.
Termalna energija
Toplinska ili unutarnja energija definira se kao zbroj kinetičke i potencijalne energije povezane s mikroskopskim elementima koji čine materiju. Atomi i molekule koji čine tijela pokazuju nasumična kretanja translacije, rotacije i vibracija. To se kretanje naziva toplinsko miješanje. Varijacija toplinske energije sustava nastaje radom ili toplinom.
Teoretski je toplinska energija povezana sa stupnjem kretanja subatomskih čestica. Što je temperatura tijela viša, to je veća njegova unutarnja energija. Kada tijelo s višom temperaturom dođe u kontakt s tijelom s nižom temperaturom, dogodit će se prijenos topline.
Struja
Električna energija je energija proizvedena iz električnih naboja subatomskih čestica. Naboji prilikom kretanja generiraju električnu struju, stvarajući ono što nazivamo električnom energijom.
Svjetlost ili sunčeva energija
Svjetlosnu energiju tvori niz valova koje oči mogu uhvatiti. Uz to, biljke ga percipiraju i koriste ga u procesu fotosinteze. Zrake svjetlosti, koje su oblik elektromagnetskog zračenja, dopiru do naših očiju, do mrežnice i generiraju električni signal koji putuje kroz živce do mozga.
Može se transformirati u toplinsku ili električnu energiju i primijeniti u različite svrhe. Dva glavna načina korištenja sunčeve energije su proizvodnja električne energije i solarno grijanje vode. Za proizvodnju električne energije koriste se dva sustava: heliotermički, u kojem se ozračivanje prvo pretvara u toplinsku, a kasnije u električnu energiju; i fotonaponski, u kojem se sunčevo zračenje pretvara izravno u električnu energiju.
Zvučna energija
Zvučna energija prenosi se zrakom, molekularnim kretanjem između dva ili više predmeta, uzrokujući zvučni val. Zvučni val sastoji se od područja kompresije molekula (bliske molekule, viši tlak) i područja razrjeđenja molekula (udaljene molekule, niži tlak). Zvuk se može proizvesti kada su dva objekta u suprotnim smjerovima ili ako su u istom smjeru i imaju različite brzine.
Govorni valovi i drugi uobičajeni zvukovi složeni su valovi koji nastaju na mnogo različitih frekvencija vibracija. Dolaskom do uha zvučna se energija pretvara u električne signale koji putuju kroz živce do mozga i tako percipiramo zvuk.
Nuklearna energija
Nuklearna energija je energija koja se proizvodi u termonuklearnim postrojenjima. Princip rada termonuklearne elektrane je uporaba topline za proizvodnju električne energije. Toplina dolazi od dijeljenja jezgre atoma urana na dva dijela, proces koji se naziva nuklearna fisija.
Zračenje se široko koristi u medicini, X-zrakama, terapiji zračenjem, ali je također povezano s negativnim učincima poput atomskih bombi i nuklearnog otpada.
