Năng lượng là thứ tạo nên sự sống không chỉ trên hành tinh của chúng ta, mà còn trong Vũ trụ. Tuy nhiên, nó có thể rất khác. Vì vậy, nhiệt, âm thanh, ánh sáng, điện, vi sóng, calo là những dạng năng lượng khác nhau. Đối với tất cả các quá trình diễn ra xung quanh chúng ta, chất này là cần thiết. Phần lớn năng lượng tồn tại trên Trái đất nhận được từ Mặt trời, nhưng vẫn có những nguồn khác của nó. Mặt trời chuyển nó đến hành tinh của chúng ta bằng 100 triệu nhà máy điện mạnh nhất sẽ sản xuất cùng lúc.
Năng lượng là gì?
Lý thuyết do Albert Einstein đưa ra nghiên cứu mối quan hệ giữa vật chất và năng lượng. Nhà khoa học vĩ đại này đã có thể chứng minh khả năng của một chất này biến thành một chất khác. Đồng thời, hóa ra năng lượng là yếu tố quan trọng nhất trong sự tồn tại của các cơ thể, và vật chất chỉ là thứ yếu.
Năng lượng nói chung là khả năng thực hiện một số công việc. Cô ấy là người đại diện chokhái niệm về một lực có khả năng di chuyển một vật thể hoặc tạo cho nó những đặc tính mới. Thuật ngữ "năng lượng" có nghĩa là gì? Vật lý là một khoa học cơ bản mà nhiều nhà khoa học từ các thời đại và các quốc gia khác nhau đã cống hiến cuộc đời của họ. Ngay cả Aristotle cũng dùng từ "năng lượng" để chỉ hoạt động của con người. Dịch từ tiếng Hy Lạp, "năng lượng" là "hoạt động", "sức mạnh", "hành động", "sức mạnh". Lần đầu tiên từ này xuất hiện trong một chuyên luận của một nhà khoa học Hy Lạp có tên là "Vật lý".
Theo nghĩa được chấp nhận hiện nay, thuật ngữ này do nhà vật lý người Anh Thomas Young đặt ra. Sự kiện quan trọng này diễn ra vào năm 1807. Vào những năm 50 của TK XIX. Nhà cơ học người Anh William Thomson là người đầu tiên sử dụng khái niệm "động năng", và vào năm 1853, nhà vật lý người Scotland William Rankin đã đưa ra thuật ngữ "thế năng".
Ngày nay đại lượng vô hướng này có mặt trong tất cả các ngành vật lý. Nó là một thước đo duy nhất của các dạng chuyển động và tương tác khác nhau của vật chất. Nói cách khác, nó là thước đo sự biến đổi của một dạng này thành dạng khác.
Phép đo và chỉ định
Lượng năng lượng được đo bằng jun (J). Đơn vị đặc biệt này, tùy thuộc vào loại năng lượng, có thể có các ký hiệu khác nhau, ví dụ:
- W là tổng năng lượng của hệ thống.
- Q - nhiệt.
- U - tiềm năng.
Các loại năng lượng
Có nhiều dạng năng lượng khác nhau trong tự nhiên. Những cái chính là:
- cơ;
- điện từ;
- điện;
- hóa;
- nhiệt;
- hạt nhân (nguyên tử).
Có các dạng năng lượng khác: ánh sáng, âm thanh, từ trường. Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều nhà vật lý nghiêng về giả thuyết về sự tồn tại của cái gọi là năng lượng "tối". Mỗi loại được liệt kê trước đây của chất này có đặc điểm riêng của nó. Ví dụ, năng lượng âm thanh có thể được truyền bằng cách sử dụng sóng. Chúng góp phần làm rung màng nhĩ trong tai người và động vật, nhờ đó mà âm thanh có thể nghe được. Trong quá trình diễn ra các phản ứng hóa học khác nhau, năng lượng cần thiết cho sự sống của mọi sinh vật được giải phóng. Mọi nhiên liệu, thực phẩm, ắc quy, pin đều là nơi lưu trữ năng lượng này.
Ngôi sao của chúng ta cung cấp cho Trái đất năng lượng dưới dạng sóng điện từ. Chỉ bằng cách này, nó mới có thể vượt qua sự mở rộng của Vũ trụ. Nhờ công nghệ hiện đại, chẳng hạn như tấm pin mặt trời, chúng ta có thể sử dụng nó để đạt hiệu quả cao nhất. Năng lượng dư thừa không sử dụng được tích lũy trong các cơ sở lưu trữ năng lượng đặc biệt. Cùng với các dạng năng lượng trên, các suối nước nóng, sông ngòi, đại dương và các dòng chảy, nhiên liệu sinh học thường được sử dụng.
Năng lượng Cơ
Loại năng lượng này được nghiên cứu trong ngành vật lý học gọi là "Cơ học". Nó được ký hiệu bằng chữ E. Nó được đo bằng joules (J). Năng lượng này là gì? Vật lý cơ học nghiên cứu chuyển động của các vật thể và sự tương tác của chúng với nhau hoặc với các trường bên ngoài. Trong trường hợp này, năng lượng do chuyển động của các vật được gọi làđộng năng (ký hiệu là Ek), và năng lượng do tương tác của các vật thể hoặc trường bên ngoài được gọi là thế năng (Ep). Tổng của chuyển động và tương tác là tổng cơ năng của hệ.
Có một quy tắc chung để tính cả hai loại. Để xác định lượng năng lượng, cần phải tính toán công cần thiết để chuyển cơ thể từ trạng thái không sang trạng thái này. Hơn nữa, càng làm việc nhiều, cơ thể càng có nhiều năng lượng trong trạng thái này.
Tách các loài theo các tiêu chí khác nhau
Có một số loại chia sẻ năng lượng. Theo các tiêu chí khác nhau, nó được chia thành: bên ngoài (động năng và thế năng) và bên trong (cơ học, nhiệt, điện từ, hạt nhân, trọng trường). Đến lượt nó, năng lượng điện từ được chia thành từ trường và điện, và năng lượng hạt nhân được chia thành năng lượng của các tương tác mạnh và yếu.
Kinetic
Mọi vật thể chuyển động đều được phân biệt bằng sự hiện diện của động năng. Nó thường được gọi là - lái xe. Năng lượng của một cơ thể đang chuyển động sẽ bị mất đi khi nó chạy chậm lại. Do đó, tốc độ càng nhanh thì động năng càng lớn.
Khi một vật thể chuyển động tiếp xúc với một vật thể đứng yên, một phần động năng của vật thể đó sẽ được chuyển sang vật thể kia, khiến nó chuyển động. Công thức động năng như sau:
Ek=mv2:2,trong đó m là khối lượng của vật thể, v là tốc độ của cơ thể.
Nói một cách dễ hiểu, công thức này có thể được biểu diễn như sau: động năng của một vật làmột nửa tích khối lượng của nó nhân với bình phương tốc độ của nó.
Tiềm năng
Loại năng lượng này được sở hữu bởi các cơ thể nằm trong một loại trường lực nào đó. Vì vậy, từ trường xuất hiện khi một vật chịu tác dụng của từ trường. Tất cả các vật thể trên trái đất đều có năng lượng hấp dẫn tiềm năng.
Tùy thuộc vào thuộc tính của đối tượng nghiên cứu, chúng có thể có các dạng thế năng khác nhau. Vì vậy, những vật có khả năng đàn hồi và đàn hồi có khả năng dãn ra thì có thế năng là thế năng đàn hồi hoặc lực căng. Bất kỳ vật thể rơi nào trước đó bất động sẽ mất thế năng và có động năng. Trong trường hợp này, giá trị của hai loại này sẽ tương đương nhau. Trong trường hấp dẫn của hành tinh chúng ta, công thức thế năng sẽ có dạng như sau:
Ep=mhg,trong đó m là trọng lượng cơ thể; h là độ cao của khối tâm của vật thể trên mức 0; g là gia tốc rơi tự do.
Nói cách khác, công thức này có thể được biểu thị như sau: thế năng của một vật thể tương tác với Trái đất bằng tích của khối lượng, gia tốc trọng trường và độ cao mà nó nằm ở đó.
Giá trị vô hướng này là đặc trưng của dự trữ năng lượng của một điểm (vật) vật chất nằm trong trường lực thế năng và được sử dụng để thu động năng do tác dụng của lực trường. Đôi khi nó được gọi là hàm tọa độ, là một thuật ngữ trong hệ Langrangian (hàm Lagrange của một hệ động lực học). Hệ thống này mô tả sự tương tác của họ.
Năng lượng tiềm năng được tính bằng 0 đối vớimột cấu hình nhất định của các cơ thể nằm trong không gian. Sự lựa chọn cấu hình được xác định bởi sự thuận tiện của các tính toán tiếp theo và được gọi là "chuẩn hóa năng lượng tiềm năng".
Định luật bảo toàn cơ năng
Một trong những định đề cơ bản nhất của vật lý là định luật bảo toàn năng lượng. Theo ông, năng lượng không xuất hiện từ đâu và không biến mất ở bất kỳ đâu. Nó liên tục thay đổi từ dạng này sang dạng khác. Nói cách khác, chỉ có sự thay đổi về năng lượng. Vì vậy, ví dụ, năng lượng hóa học của pin đèn pin được chuyển đổi thành năng lượng điện, và từ nó thành ánh sáng và nhiệt. Các thiết bị gia dụng khác nhau biến năng lượng điện thành ánh sáng, nhiệt hoặc âm thanh. Thông thường, kết quả cuối cùng của sự thay đổi là nhiệt và ánh sáng. Sau đó, năng lượng đi vào không gian xung quanh.
Định luật năng lượng có thể giải thích nhiều hiện tượng vật lý. Các nhà khoa học cho rằng tổng thể tích của nó trong vũ trụ liên tục không thay đổi. Không ai có thể tạo ra năng lượng mới hoặc phá hủy nó. Phát triển một trong những loại hình của nó, người ta sử dụng năng lượng của nhiên liệu, nước rơi, nguyên tử. Đồng thời, một trong các dạng của nó biến thành dạng khác.
Năm 1918, các nhà khoa học đã có thể chứng minh rằng định luật bảo toàn năng lượng là hệ quả toán học của phép đối xứng tịnh tiến của thời gian - giá trị của năng lượng liên hợp. Nói cách khác, năng lượng được bảo toàn do các định luật vật lý không khác nhau tại các thời điểm khác nhau.
Tính năngNăng lượng
Năng lượng là khả năng hoạt động của cơ thể. Đóng cửahệ thống vật lý, nó được bảo toàn trong toàn bộ thời gian (miễn là hệ thống đóng) và là một trong ba tích phân cộng của chuyển động bảo toàn giá trị trong quá trình chuyển động. Chúng bao gồm: năng lượng, mô men động lượng, động lượng. Việc đưa ra khái niệm "năng lượng" là phù hợp khi hệ vật chất là đồng nhất về thời gian.
Nội năng của cơ thể
Nó là tổng năng lượng của các tương tác phân tử và chuyển động nhiệt của các phân tử tạo nên nó. Nó không thể được đo trực tiếp bởi vì nó là một chức năng rõ ràng của trạng thái của hệ thống. Bất cứ khi nào một hệ thống tự thấy mình ở một trạng thái nhất định, nội năng của nó vẫn có giá trị vốn có của nó, bất kể lịch sử tồn tại của hệ thống. Sự thay đổi nội năng trong quá trình chuyển từ trạng thái vật chất này sang trạng thái vật lý khác luôn bằng hiệu giữa các giá trị của nó ở trạng thái cuối và trạng thái ban đầu.
Nội năng của khí
Ngoài chất rắn, chất khí còn có năng lượng. Nó biểu thị động năng của chuyển động nhiệt (hỗn loạn) của các hạt của hệ, bao gồm nguyên tử, phân tử, electron, hạt nhân. Nội năng của khí lý tưởng (một mô hình toán học của chất khí) là tổng động năng của các hạt của nó. Điều này tính đến số bậc tự do, là số biến độc lập xác định vị trí của phân tử trong không gian.
Sử dụng năng lượng
Mỗi năm nhân loại tiêu thụ ngày càng nhiều tài nguyên năng lượng. Thường xuyên nhất cho năng lượng,cần thiết cho việc thắp sáng và sưởi ấm ngôi nhà của chúng ta, hoạt động của các phương tiện giao thông và các cơ chế khác nhau, các hydrocacbon hóa thạch như than đá, dầu và khí đốt được sử dụng. Chúng là tài nguyên không thể tái tạo.
Thật không may, chỉ một phần nhỏ năng lượng trên hành tinh của chúng ta đến từ các nguồn tài nguyên tái tạo như nước, gió và mặt trời. Đến nay, tỷ trọng của họ trong lĩnh vực năng lượng chỉ là 5%. 3% người khác nhận được dưới dạng năng lượng hạt nhân được sản xuất trong các nhà máy điện hạt nhân.
Tài nguyên không thể tái tạo có trữ lượng sau (tính bằng jun):
- năng lượng hạt nhân - 2 x 1024;
- năng lượng khí và dầu - 2 x 1023;
- nội nhiệt của hành tinh - 5 x 1020.
Giá trị hàng năm của các nguồn tài nguyên tái tạo trên Trái đất:
- năng lượng mặt trời - 2 x 1024;
- gió - 6 x 1021;
- sông - 6, 5 x 1019;
- thủy triều - 2,5 x 1023.
Chỉ với sự chuyển đổi kịp thời từ việc sử dụng nguồn dự trữ năng lượng không thể tái tạo của Trái đất sang nguồn năng lượng tái tạo, nhân loại mới có cơ hội tồn tại lâu dài và hạnh phúc trên hành tinh của chúng ta. Để thực hiện những phát triển tiên tiến, các nhà khoa học trên khắp thế giới tiếp tục nghiên cứu kỹ lưỡng các đặc tính khác nhau của năng lượng.
