Mis on energia valem?

Sisu

• Jõudu ja tööd
• Kineetiline ja potentsiaalne energia
• Elektrienergia
• Mõned muud energiavormid

Üks universumi põhiseadusi on, et energiat ei looda ega hävitata - see muudab ainult vorme. Järelikult on palju energiavalemid olemas. Et mõista, kuidas need valemid on sama asja väljendid, on oluline kõigepealt mõista, mida füüsikud energiast rääkides tähendavad. Selle mõiste juured on klassikalise füüsika mõistetes, mille on selgitanud Sir Isaac Newton.

Liikumisenergia valem on KE = .5 × m × v² kus KE on kineetiline energia džaulides, m on mass kilogrammides ja v on kiirus meetrites sekundis.

Jõudu ja tööd

Newtoni kolm liikumisseadust on klassikalise füüsika aluseks. Esimene seadus määratleb jõu kui selle, mis põhjustab liikumist, ja teine ​​seadus seob objektile mõjuva jõu selle kiirendusega. Kui jõud (F) kiirendab keha läbi vahemaa (d), teeb see summa töö (W), mis võrdub jõuga, korrutatuna vahemaaga, korrutatuna teguri abil, mis arvestab nende vahelist nurka (θ, Kreeka kreeka täht ). Matemaatilise avaldisena tähendab see W = F × d × (cos (θ)). Jõu meetrilised ühikud on njuutonid, kauguse mõõtühikud on meetrid ja töö mõõtühikud on njuutonmeetrid ehk džaulid. Energia on töövõime ja seda väljendatakse ka džaulides.

Kineetiline ja potentsiaalne energia

Liikuval objektil on liikumisenergia, mis on samaväärne tööga, mida oleks vaja selle puhkamiseks. Seda nimetatakse selle kineetiliseks energiaks ja see sõltub nii objektide kiiruse ruudust (v) kui ka selle massist (m). Matemaatiliselt väljendatakse seda kui E (k) = (.5) × m × v². Maakera gravitatsiooniväljas puhkeobjekt omab potentsiaalset energiat kõrguse tõttu; kui see peaks vabalt langema, võtaks see kineetilise energia selle potentsiaalse energiaga võrdselt. Potentsiaalne energia sõltub objekti massist, selle kõrgusest (h) ja gravitatsioonist tingitud kiirendusest (g). Matemaatiliselt on see E (p) = m • h • g.

Elektrienergia

Elektrisüsteemides energia arvutamine sõltub juhi (I) kaudu voolu vooluhulgast amprites, samuti voolu juhtivast elektripotentsiaalist või pingest (V), voltides. Nende kahe parameetri korrutamisel saadakse elektrienergia võimsus (P) vattides ja korrutatakse P ajaga, mille jooksul elektrivool (t) sekundites annab süsteemi elektrienergia koguse džaulides. Elektrijuhtivuse vooluahela matemaatiline avaldis on E (e) = P × t = V × I × t. Selle suhte kohaselt kulutab 100-vatise lambipirni ühe minutiks põletamine 6000 džauli energiat. See on võrdne kineetilise energia hulgaga, mis 1-kilogrammisel kivimil oleks, kui te selle 612 meetri kõrguselt alla kukutaksite (ei arvestaks õhu hõõrdumist).

Mõned muud energiavormid

Valgus, mida me näeme, on elektromagnetiline nähtus, millel on energiat tänu footoniteks nimetatavate lainepakettide vibratsioonile. Saksa füüsik Max Planck leidis, et footoni energia on võrdeline sagedusega (f), millega see vibreerib, ja ta arvutas proportsionaalsuse konstandi (h), mida tema auks nimetatakse Plancksi konstandiks. Seega on footoni energia avaldis E (p) = h × f. Albert Einsteini relatiivsusteooria kohaselt on igal aineosakesel loomulik potentsiaalne energia, mis on võrdeline osakeste massi ja valguse kiiruse ruuduga (c). Vastav avaldis on E (m) = m × c². Einsteiinide arvutusi kinnitas aatomipommi areng.