Energia sa prejavuje rôznymi spôsobmi a súvisí so schopnosťou produkovať prácu
Obrázok Federica Beccariho v hre Unsplash
Pre energiu neexistuje presná definícia, ale vo fyzike ide o mimoriadne dôležitý koncept, ktorý predstavuje schopnosť produkovať prácu alebo konať. Toto slovo sa používa aj v iných vedeckých oblastiach, napríklad v biológii a chémii.
Energia hrá zásadnú úlohu vo všetkých sektoroch života, je najdôležitejšou veľkosťou fyziky. Živé bytosti závisia od energie, aby prežili a získali ju prostredníctvom potravy vo forme chemickej energie. Okrem toho organizmy prijímajú energiu aj zo slnka.
Všeobecný princíp úspory energie
Vo fyzike sa výraz konzervácia vzťahuje na niečo, čo sa nemení. To znamená, že premenná rovnice, ktorá predstavuje konzervatívnu veličinu, je v priebehu času konštantná. Tento systém navyše hovorí, že energia sa nestráca, netvorí a nemožno ju zničiť: iba sa mení.
Pohonné jednotky
Jednotkou energie definovanou Medzinárodným systémom jednotiek je joule (J), ktorá je definovaná ako práca vykonaná Newtonovou silou pri zdvihu 1 meter. Energiu však možno opísať aj v iných jednotkách:
- Kalória (vápno): množstvo energie potrebné na zvýšenie teploty gramu vody zo 14,5 na 15,5 stupňov Celzia. Jeden joule sa rovná 0,24 kalórií;
- Kilowatthodina (kWh): zvyčajne sa používa na meranie elektrickej spotreby (1 kWh = 3,6. 106 J);
- BTU ( British Thermal Unit ): Britská tepelná jednotka 1 BTU = 252,2 kalórií;
- Elektrón-volt (eV): Je to množstvo kinetickej energie získanej jedným elektrónom (elektrónom), keď je urýchlené rozdielom elektrického potenciálu jedného voltu vo vákuu (1 eV = 1,6. 10–19 J).
Druhy energie
Energia je jedinečné množstvo, ale podľa toho, ako sa prejavuje, dostáva rôzne názvy. Získajte viac informácií o hlavných druhoch energie vo fyzike:
Kinetická energia
Kinetická energia súvisí so stavom pohybu tela. Tento typ energie závisí od jej hmotnosti a jej rýchlostného modulu. Čím väčšia je veľkosť rýchlosti tela, tým väčšia je kinetická energia. Keď je teleso v pokoji, to znamená, že modul rýchlosti je nulový, kinetická energia je nulová.
Potenciálna energia
Potenciálna energia je spojená s polohou, ktorú telo zaujíma, alebo s deformáciou elastického systému. V prvom prípade sa potenciálna energia nazýva gravitačná potenciálna energia, zatiaľ čo v druhom prípade ide o elastickú potenciálnu energiu.
Potenciálna gravitačná energia závisí od hmotnosti, gravitácie a výšky bodu, v ktorom sa analyzuje teleso. Elastická potenciálna energia pochádza z elastickej konštanty a deformácie príslušnej pružiny.
Mechanická energia
Mechanická energia je energia, ktorú je možné prenášať silou. V zásade to možno chápať ako súčet kinetickej a potenciálnej energie tela.
Mechanická energia zostáva konštantná aj pri absencii disipatívnych síl, dochádza iba k premene medzi jej kinetickou a potenciálnou formou.
Termálna energia
Tepelná energia alebo vnútorná energia je definovaná ako súčet kinetickej a potenciálnej energie spojenej s mikroskopickými prvkami, ktoré tvoria hmotu. Atómy a molekuly, ktoré tvoria telesá, vykazujú náhodné pohyby translácie, rotácie a vibrácie. Tento pohyb sa nazýva tepelné miešanie. Zmeny tepelnej energie systému sa vyskytujú pôsobením práce alebo tepla.
Teoreticky je tepelná energia spojená so stupňom pohybu subatomárnych častíc. Čím vyššia je teplota tela, tým väčšia je jeho vnútorná energia. Keď dôjde k kontaktu tela s vyššou teplotou s telom s nižšou teplotou, dôjde k prenosu tepla.
Elektrina
Elektrická energia je energia vyrobená z elektrických nábojov subatomárnych častíc. Poplatky pri pohybe generujú elektrický prúd a vytvárajú niečo, čo nazývame elektrina.
Svetelná alebo solárna energia
Svetelná energia je tvorená radom vĺn, ktoré môžu byť zachytené očami. Okrem toho ho vnímajú rastliny, ktoré ho používajú v procese fotosyntézy. Lúče svetla, ktoré sú formou elektromagnetického žiarenia, sa dostanú do našich očí, do sietnice a generujú elektrický signál, ktorý prechádza nervami do mozgu.
Môže sa transformovať na tepelnú alebo elektrickú energiu a použiť na rôzne účely. Dva hlavné spôsoby využitia solárnej energie sú výroba elektrickej energie a solárny ohrev vody. Na výrobu elektrickej energie sa používajú dva systémy: heliotermický, pri ktorom sa ožarovanie mení najskôr na tepelnú energiu a neskôr na elektrickú energiu; a fotovoltaické, v ktorom sa slnečné žiarenie premieňa priamo na elektrickú energiu.
Zvuková energia
Zvuková energia sa prenáša vzduchom molekulárnym pohybom medzi dvoma alebo viacerými objektmi, čo spôsobuje zvukovú vlnu. Zvuková vlna sa skladá z oblastí kompresie molekúl (blízke molekuly, vyšší tlak) a oblastí zriedenia molekúl (vzdialené molekuly, nižší tlak). Zvuk môže byť produkovaný, keď sú dva objekty v protismere alebo ak sú v rovnakom smere, môžu mať inú rýchlosť.
Rečové vlny a ďalšie bežné zvuky sú zložité vlny, ktoré sa vytvárajú pri mnohých rôznych frekvenciách vibrácií. Po dosiahnutí ucha sa zvuková energia transformuje na elektrické signály, ktoré putujú nervami do mozgu a tak vnímame zvuk.
Jadrová energia
Jadrová energia je energia vyrobená v termonukleárnych zariadeniach. Princíp činnosti termonukleárneho zariadenia je použitie tepla na výrobu elektriny. Teplo pochádza z rozdelenia jadra atómov uránu na dve časti, proces nazývaný jadrové štiepenie.
Žiarenie sa široko používa v medicíne, röntgenových lúčoch, radiačnej terapii, ale spája sa aj s negatívnymi účinkami, ako sú atómové bomby a jadrový odpad.
