1.1: Форми енергії

Last updated
Save as PDF

Page ID: 29497

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Шість основних форм енергії

Існує 6 основних форм енергії:

Механічна енергія
Хімічна енергія
Теплова або теплова енергія
Електрична енергія
Атомна енергетика
Радіація

1. Механічна енергія

Існує два типи механічної енергії: кінетична і потенційна енергія.

Кінетична енергія - це енергія, якою тіло володіє завдяки своєму руху. Тіла, які містять кінетичну енергію, включають бейсбол, який подорожує по повітрю після того, як їх кинули або молоток стукає цвяхами. У Сполучених Штатах близько 1/3 всієї виробленої енергії використовується для транспортування або переміщення людей і вантажів.

Потенційна енергія - це енергія, якою володіє тіло завдяки своєму положенню щодо контрольної точки. Тіла, які містять потенційну енергію, включають маятник у верхній частині його коливання або стиснуту пружину.

Додаткова інформація

Кажуть, що книга, що сидить на полиці в бібліотеці, має потенційну енергію, тому що якщо її зштовхнути з полиці, гравітація прискорить книгу, надаючи книзі кінетичну енергію. Оскільки гравітація Землі необхідна для створення цієї кінетичної енергії, і оскільки ця гравітація залежить від присутньої Землі, ми говоримо, що система Земля-Книга - це те, що насправді володіє цією потенційною енергією, і що ця енергія перетворюється в кінетичну енергію, коли книга падає .

2. Хімічна енергія

Хімічна енергія - це потенційна енергія, що міститься в молекулярних зв'язках, яка існує завдяки електричним і магнітним силам тяжіння, які надають різні частини молекул. Його також називають «мікроскопічною потенційною енергією». Ця сила притягання є тією ж силою, яка бере участь в теплових коливаннях. Коли відбуваються хімічні реакції і молекула перебудовується, хімічна енергія може збільшуватися або зменшуватися. Приклади тіл з хімічною енергією включають батареї і глюкозу в організмі людини.

Близько 85% енергії, що використовується в США, припадає на викопні види палива, такі як природний газ, вугілля та нафта, які зберігають хімічну енергію. Спалювання цих викопних видів палива виділяє теплову або теплову енергію, яка потім використовується для живлення різних процесів.

Додаткова інформація

Глюкоза (цукор у крові) у вашому організмі, як кажуть, має «хімічну енергію», оскільки глюкоза вивільняє енергію, коли хімічно реагувала (спалюється) з киснем. Ваші м'язи використовують цю енергію для генерації механічної сили (роботи), а також тепла.

3. Теплова або теплова енергія

Теплова енергія являє собою поєднання мікроскопічної, кінетичної та потенційної енергії молекул. Приклади тіл з тепловою енергією включають окріп і гарячий напій.

Температура - це показник того, скільки теплової енергії має тіло. При більш високих температурах молекули рухаються швидше і/або вібрують, тим самим маючи більше кінетичної та потенційної енергії. Рухи сприяють кінетичній енергії, тоді як вібрації сприяють потенційній енергії для молекул.

Додаткова інформація

Гаряча чашка кави, як кажуть, володіє «тепловою енергією», або «тепловою енергією», оскільки вона має комбінацію кінетичної енергії (її молекули рухаються і вібрують) та потенційної енергії (молекули мають взаємне тяжіння один до одного) - багато того ж так що книга на книжковій полиці і Землі мають потенційну енергію, тому що вони приваблюють один одного.

4. Електрична енергія

Електрична енергія створюється від рухів електронів в речовині. Він зазвичай перетворюється в інші форми енергії. Наприклад, тостери перетворюють електроенергію в теплову, а колонки перетворюють електрику в звук. Через численних застосувань електроенергія користується великим попитом. Тільки в США близько 40% загальної використовуваної первинної енергії перетворюється на електроенергію.

Важливий момент

Вся матерія складається з атомів, а атоми складаються з менших частинок, званих протонами (які мають позитивний заряд), нейтронів (які мають нейтральний заряд) та електронів (які негативно заряджені).

Електрони обертаються навколо ядра (яке містить протони та нейтрони), так само, як планети обертаються навколо Сонця.
Деякі метали мають електрони, які лише нещільно прикріплені до їх атомів, тому їх можна легко змусити рухатися від одного атома до іншого, якщо до них прикладено електричне поле.
Коли ці електрони рухаються між атомами речовини, створюється струм електрики.

5. Атомна енергетика

Ядерна енергія виробляється, коли реакції в атомі викликають структурні зміни ядра. Існує два основних типи ядерних реакцій: синтез і поділ.

Злиття - це коли два ядра з'єднуються разом, утворюючи одне велике ядро або частинку. Це вивільняє енергію у вигляді світла і тепла. Злиття відбувається на Сонці, де ядра водню зливаються разом, утворюючи ядра гелію, виділяючи енергію.

Розщеплення - це коли ядро одного атома розпадається на два менших атома. Як і злиття, це також вивільняє енергію як світло, так і тепло. Ядерні реактори та надра Землі залежать від поділу, зазвичай із залученням урану як атома, що розщеплюється.

Додаткова інформація

Як при злитті, так і при поділі частина речовини, що складається з ядер, перетворюється в енергію, представлену відомим рівнянням

\[ E = mc^2 \nonumber\]

де\( E \) енергія,\( m \) це маса, і\( c \) швидкість світла.

Ця формула вказує на те, що енергія, що зберігається в речовині в спокої, дорівнює її масі, кратній швидкості світла в квадраті. Коли речовина руйнується, накопичена енергія вивільняється.
Це рівняння говорить про те, що неймовірно величезна кількість енергії виділяється при перетворенні невеликої кількості речовини в енергію.

6. Радіація

Випромінювання - це енергія, що передається у вигляді променів, хвиль або частинок. Приклади випромінювання включають ультрафіолетове (УФ) і мікрохвильове випромінювання. Електромагнітне випромінювання - це тип енергії, яка коливається і складається з електричних і магнітних полів, які вільно переміщаються через простір. Електромагнітне випромінювання складається з фотонів, які можна розглядати як дискретні «пакети» енергії з властивостями хвиль. Фотони створюються, коли електрони переходять від більш високого до нижчого енергетичного рівня в атомах і поглинаються при переході електронів від нижчих до більш високих енергетичних рівнів. Фотони також створюються при прискоренні зарядженої частинки, подібно електрону. Це відбувається в антенах радіопередавача, які генерують радіохвилі.

Електромагнітний спектр представляє різні типи електромагнітного випромінювання, що виникають на різних довжині хвиль і частотах, які обернено пов'язані між собою.

Наступне відео пояснює електромагнітний спектр.

Як показано на відео, чим нижче енергія, тим довша довжина хвилі і нижче частота, і навпаки.

Дивлячись безпосередньо на Сонце, болить наші очі, оскільки воно містить ультрафіолетове світло, яке містить високоенергетичні (тобто високочастотні та низькі хвилі) фотони, і ця енергія може спричинити фізичну шкоду клітинам. Люди можуть бачити лише видиме світло, оскільки інші форми електромагнітного випромінювання поза спектром видимого світла мають довжини хвиль/частоти, які знаходяться поза тим, що може сприймати людське око. Великим відкриттям 19 ^{століття} стало те, що радіохвилі, рентгенівські промені та гамма-промені (типи електромагнітного випромінювання) - це лише форми світла, і що світло - це лише електромагнітні хвилі.

Близько 20% електроенергії, що використовується в США, використовується для виробництва видимого світла.