Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.8: Подальші теми

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74764

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

    навчальні цілі

    • Порівняйте різні форми енергії, взаємопов'язані один з одним

    Інші форми енергії

    Теплові, хімічні, електричні, променисті, ядерні, магнітні, пружні, звукові, механічні, світлові та масові форми, в яких може існувати енергія. Енергія може надходити в самих різних формах. До таких форм належать:

    • Теплова енергія: Це енергія, пов'язана з мікроскопічним випадковим рухом частинок у розглянутому середовищі. Прикладом чогось, що зберігає теплову енергію, є тепла вода для ванни.
    • Хімічна енергія: Це енергія завдяки тому, як атоми розташовані в молекулах та різних інших колекціях речовини. Прикладом чогось, що зберігає хімічну енергію, є їжа. Коли ваше тіло перетравлює і метаболізує їжу, вона використовує свою хімічну енергію.
    • Електрична енергія: Це енергія, яка походить від електричної потенційної енергії, в результаті кулонівських сил. Електрична потенційна енергія пов'язана з тим, як влаштовані точкові заряди в системі. Прикладом чогось, що зберігає електричну енергію, є конденсатор. Конденсатор збирає позитивний заряд на одній пластині і негативний заряд на іншій пластині. Енергія таким чином зберігається в отриманому електростатичному полі.
    • Radiant Energy: Це будь-який вид електромагнітного випромінювання (див. Ключовий термін). Прикладом електромагнітної хвилі є світло.
    • Ядерна енергія: Цей тип енергії звільняється під час ядерних реакцій синтезу та поділу. Приклади речей, які використовують ядерну енергію, включають атомні електростанції та ядерну зброю.
    • Магнітна енергія: Технічно магнітна енергія - це електрична енергія; ці два пов'язані рівняннями Максвелла. Прикладом чогось, що зберігає магнітну енергію, є надпровідний магніт, який використовується в МРТ.
    • Пружна енергія: Це потенційна механічна енергія, яка зберігається в конфігурації матеріалу або фізичної системи, оскільки виконується робота, щоб спотворити його об'єм або форму. Прикладом чогось, що зберігає еластичну енергію, є натягнута гумка.
    • Звукова енергія: Це енергія, яка пов'язана з вібрацією або порушенням речовини. Прикладом чогось, що створює звукову енергію, є ваша голосова скринька (гортань).
    • Механічна енергія: Це енергія, яка пов'язана з рухом і положенням об'єкта. Це сума всієї кінетичної та потенційної енергії, яку має об'єкт. Прикладом чогось, що використовує механічну енергію, є маятник.
    • Світлова енергія: Це енергія, яку можна побачити, оскільки це видиме світло. Прикладом світлової енергії є світло від ліхтарика.
    • Маса: Може бути перетворена в енергію за допомогою:\(\mathrm{E = mc^2}\). Наприклад, маса перетворюється в енергію при вибуху ядерної бомби.

    зображення

    вибух атомної бомби: грибна хмара атомного бомбардування Нагасакі, Японія

    У кожній з вищезазначених форм енергія існує як або кінетична енергія, потенційна енергія, або комбінація обох. Важливо зазначити, що вищевказаний список не обов'язково є повним, оскільки ми можемо відкрити нові форми енергії в майбутньому, такі як «темна енергія». також кожна з форм, які енергія може набувати (як зазначено вище), не обов'язково є взаємовиключними. Наприклад, світлова енергія - це промениста енергія.

    Типи енергії: Короткий огляд енергії, кінетичної енергії, гравітаційної потенційної енергії та теореми робочої енергії для студентів фізики на основі алгебри.

    Енергетичні трансформації

    Перетворення енергії відбувається при зміні енергії з однієї форми в іншу, і є наслідком першого закону термодинаміки.

    навчальні цілі

    • Узагальнити наслідки першого закону термодинаміки на загальну енергію системи

    Перетворення енергії відбувається при зміні енергії з однієї форми в іншу. Це наслідок першого закону термодинаміки, що загальна енергія даної системи може бути змінена лише при додаванні енергії або відніманні з системи. Часто виявляється, що енергія була втрачена з системи, коли вона просто трансформувалася. Наприклад, двигун внутрішнього згоряння перетворює потенційну хімічну енергію в бензині і кисні в теплову енергію. Потім ця теплова енергія перетворюється в кінетичну енергію, яка потім використовується для руху транспортного засобу, який використовує двигун. Технічним терміном для пристрою, що перетворює енергію з однієї форми в іншу, є перетворювач.

    зображення

    Енергетична трансформація: Ці цифри ілюструють поняття втрат енергії та корисної енергії.

    При аналізі енергетичних перетворень важливо враховувати ефективність перетворення. Ефективність перетворень описує співвідношення між корисним виходом і входом машини перетворення енергії. Деякі енергетичні перетворення можуть відбуватися з ККД по суті 100%. Наприклад, уявіть маятник у вакуумі. Як показано в, коли маса маятника досягає своєї максимальної висоти, вся його енергія існує у вигляді потенційної енергії. Однак коли маятник знаходиться в найнижчій точці, вся його енергія існує у вигляді кінетичної енергії.

    зображення

    Маятник: Ця анімація показує вектори швидкості та прискорення для маятника. Можна відзначити, що на максимальній висоті маси маятника швидкість дорівнює нулю. Це відповідає нульовій кінетичній енергії і, таким чином, вся енергія маятника знаходиться у вигляді потенційної енергії. Коли маса маятника знаходиться в найнижчій точці, вся його енергія знаходиться у вигляді кінетичної енергії, і ми бачимо, що його вектор швидкості має максимальну величину тут.

    Інші енергетичні перетворення відбуваються з набагато меншою ефективністю перетворення. Наприклад, теоретична межа енергетичної ефективності вітрогенератора (перетворення кінетичної енергії вітру в механічну) становить 59%. Процес фотосинтезу здатний перетворити світлову енергію сонця в хімічну енергію, яку може використовувати рослина з ефективністю перетворення всього лише 6%.

    Криві потенційної енергії та рівнопотенціали

    Крива потенційної енергії відображає потенційну енергію як функцію положення; еквіпотенціальні лінії простежують лінії рівної потенційної енергії.

    навчальні цілі

    • Вивести потенціал точкового заряду

    Крива потенційної енергії відображає потенційну енергію об'єкта як функцію положення цього об'єкта. Наприклад, див. Розглянута система є замкнутою системою, тому загальна енергія системи залишається постійною. Це означає, що кінетична і потенційна енергія завжди повинні сумувати, щоб бути однаковою величиною. Ми спостерігаємо, що потенційна енергія збільшується в міру зменшення кінетичної енергії і навпаки. Корисність кривої потенційної енергії полягає в тому, що ми можемо швидко визначити потенційну енергію розглянутого об'єкта в заданому положенні.

    зображення

    Крива потенційної енергії: Ця цифра ілюструє потенційну енергію частинки як функцію положення. Кінетична енергія також показана і скорочено К.

    Еквіпотенціальні лінії простежують лінії рівної потенційної енергії. В, Якщо ви повинні були провести пряму горизонтальну лінію через центр, що б рівнопотенціальної лінії. В і, якщо ви подорожуєте по рівнопотенціальної лінії, електричний потенціал буде постійним.

    зображення

    Еквіпотенціальні лінії для двох рівних і протилежних точкових зарядів: електричне поле (синій) та еквіпотенціальні лінії (зелений) для двох рівних і протилежних зарядів

    Розглянемо фізичне пояснення ліній рівнопотенціалів в. Рівняння потенціалу точкового заряду дорівнює\(\mathrm{V = \frac{kQ}{r}}\), де V - потенціал, k - постійна зі значенням 8,99 · 10 9 Н м 2 /С 2, Q - величина точкового заряду, а r - відстань від заряду. Так, кожна точка, яка знаходиться на однаковій відстані від точкового заряду, матиме однакову електричну потенційну енергію. Тому, якщо ми намалюємо коло навколо точкового заряду, кожна точка на колі матиме однакову потенційну енергію.

    Робота (Вт) - це міра зміни потенційної енергії\(\mathrm{(\Delta PE): W = -\DeltaPE}\). Оскільки потенційна енергія не змінюється вздовж рівнопотенціальної лінії, вам не потрібно робити жодної роботи, щоб рухатися по одній. Однак вам потрібно виконати роботу, щоб перейти від однієї еквіпотенціальної лінії до іншої. Нагадаємо, що робота дорівнює нулю, якщо сила перпендикулярна руху; на малюнках, показаних вище, сили, що виникають в результаті електричного поля, знаходяться в тому ж напрямку, що і саме електричне поле. Отже, зауважимо, що кожна з рівнопотенціальних ліній повинна бути перпендикулярна електричному полю в кожній точці.

    Ключові моменти

    • Теплові, хімічні, електричні, променисті, ядерні, магнітні, пружні, звукові, механічні, світлові та масові форми, в яких може існувати енергія.
    • Енергія існує як або кінетична енергія, потенційна енергія, або комбінація обох.
    • Ми можемо відкрити нові форми енергії (наприклад, «темну енергію») у майбутньому.
    • Загальна енергія даної системи може бути змінена лише тоді, коли енергія додається або віднімається з системи.
    • Часто виявляється, що енергія була втрачена з системи, коли вона просто трансформувалася.
    • Ефективність перетворень описує співвідношення між корисним виходом машини перетворення енергії і входом.
    • Крива потенційної енергії відображає потенційну енергію об'єкта як функцію його положення.
    • Еквіпотенціальні лінії простежують лінії рівної потенційної енергії.
    • Вам не потрібно робити жодної роботи, щоб рухатися по рівнопотенціальної лінії.

    Ключові умови

    • синтез: ядерна реакція, в якій ядра об'єднуються, утворюючи більш масивні ядра з супутнім вивільненням енергії.
    • електромагнітне випромінювання: випромінювання (квантоване у вигляді фотонів), що складається з коливальних електричних і магнітних полів, орієнтованих перпендикулярно один одному, що рухаються через простір
    • поділ: процес розщеплення ядра атома на більш дрібні частинки; ядерний поділ.
    • маятник: тіло, підвішене на нерухомій опорі, щоб він вільно гойдався вперед і назад під впливом сили тяжіння; він зазвичай використовується для регулювання різних пристроїв, таких як годинник.
    • перший закон термодинаміки: варіант закону збереження енергії, спеціалізований для термодинамічних систем. Його зазвичай формулюють, заявляючи, що зміна внутрішньої енергії замкнутої системи дорівнює кількості тепла, що подається в систему, за вирахуванням обсягу роботи, виконаної системою над її оточенням.
    • потенційна енергія: Енергія, яку має об'єкт через його положення (у гравітаційному або електричному полі) або його стан (як розтягнута або стиснута пружина, як хімічний реагент або маючи масу спокою)
    • кінетична енергія: Енергія, якою володіє об'єкт через його рух, дорівнює половині маси тіла, що перевищує квадрат його швидкості.

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ