Energie a její druhy. Energie: potenciální a kinetická energie Druhy kinetické energie

Energie je to, co umožňuje život nejen na naší planetě, ale i ve Vesmíru. Může to však být velmi odlišné. Tedy teplo, zvuk, světlo, elektřina, mikrovlny, kalorie různé druhy energie. Pro všechny procesy probíhající kolem nás je tato látka nezbytná. Většina energie, která existuje na Zemi, přijímá ze Slunce, ale existují i ​​jiné zdroje. Slunce jej předá naší planetě tolik, kolik by současně vyprodukovalo 100 milionů nejvýkonnějších elektráren.

co je to energie?

Teorie předložená Albertem Einsteinem studuje vztah mezi hmotou a energií. Tento velký vědec dokázal prokázat schopnost jedné látky přeměnit se v jinou. Zároveň se ukázalo, že energie je nejdůležitějším faktorem existence těles a hmota je druhořadá.

Energie je obecně schopnost vykonávat nějakou práci. Právě ona stojí za pojmem síla schopná pohnout tělesem nebo mu dát nové vlastnosti. Co znamená pojem "energie"? Fyzice zasvětilo svůj život mnoho vědců z různých epoch a zemí. Dokonce i Aristoteles použil slovo „energie“ k označení lidské činnosti. V překladu z řečtiny je „energie“ „aktivita“, „síla“, „akce“, „síla“. Poprvé se toto slovo objevilo v pojednání řeckého vědce s názvem „Fyzika“.

V dnes již obecně uznávaném smyslu tento termín zavedl do užívání anglický fyzik. Tato významná událost se odehrála již v roce 1807. V 50. letech XIX století. anglický mechanik William Thomson jako první použil pojem „kinetická energie“ a v roce 1853 zavedl skotský fyzik William Rankin pojem „potenciální energie“.

Dnes je tato skalární veličina přítomna ve všech odvětvích fyziky. Je to jediné měřítko různých forem pohybu a interakce hmoty. Jinými slovy, je to měřítko proměny jedné formy v jinou.

Jednotky měření a označení

Měří se množství energie Tato speciální jednotka může mít v závislosti na typu energie různá označení, například:

• W je celková energie systému.
• Q - termální.
• U - potenciál.

Druhy energie

V přírodě je jich mnoho odlišné typy energie. Hlavní jsou:

• mechanické;
• elektromagnetické;
• elektrický;
• chemikálie;
• tepelný;
• jaderný (atomový).

Existují další druhy energie: světlo, zvuk, magnetická. V minulé roky stále větší počet fyziků se přiklání k hypotéze existence tzv. „temné“ energie. Každý z výše uvedených typů této látky má své vlastní vlastnosti. Zvuková energie může být například přenášena pomocí vln. Přispívají k vibraci ušního bubínku v uchu lidí i zvířat, díky čemuž jsou slyšet zvuky. Během různých chemické reakce se uvolňuje energie, která je nezbytná pro život všech organismů. Jakékoliv palivo, potraviny, akumulátory, baterie jsou úložištěm této energie.

Naše svítidlo dodává Zemi energii ve formě elektromagnetických vln. Jen tak může překonat rozlohy Kosmu. Díky moderní technologie jako jsou solární panely, můžeme to využít s největším efektem. Přebytečná nevyužitá energie se akumuluje ve speciálních skladech energie. Spolu s výše uvedenými druhy energie se často využívají termální prameny, řeky, oceány a biopaliva.

mechanická energie

Tento druh energie je studován v oboru fyziky zvaném "Mechanika". Označuje se písmenem E. Měří se v joulech (J). Co je to za energii? Fyzika mechaniky studuje pohyb těles a jejich interakci mezi sebou navzájem nebo s vnějšími poli. V tomto případě se energie způsobená pohybem těles nazývá kinetická (označuje se Ek) a energie způsobená vnějšími poli se nazývá potenciální (Ep). Součet pohybu a interakce je celková mechanická energie systému.

Pro výpočet obou typů existuje obecné pravidlo. Pro určení množství energie je nutné vypočítat práci potřebnou k převedení tělesa z nulového stavu do tohoto stavu. Navíc čím více práce, tím více energie bude mít tělo v tomto stavu.

Separace druhů podle různých znaků

Existuje několik typů sdílení energie. Podle různé vlastnosti dělí se na: vnější (kinetické a potenciální) a vnitřní (mechanické, tepelné, elektromagnetické, jaderné, gravitační). Elektromagnetická energie se zase dělí na magnetickou a elektrickou a jadernou - na energii slabých a silných interakcí.

Kinetický

Každé pohybující se těleso se vyznačuje přítomností kinetické energie. Často se tomu říká – řízení. Energie tělesa, které se pohybuje, se při zpomalení ztrácí. Tedy čím vyšší rychlost, tím větší kinetická energie.

Když se pohybující se těleso dostane do kontaktu se stacionárním objektem, část kinetického se přenese na něj a uvede jej do pohybu. Vzorec kinetické energie je následující:

• E k \u003d mv 2: 2,
  kde m je hmotnost tělesa, v je rychlost tělesa.

Slovy lze tento vzorec vyjádřit následovně: kinetická energie předmětu se rovná polovině součinu jeho hmotnosti a druhé mocniny jeho rychlosti.

Potenciál

Tento typ energie mají tělesa, která jsou v nějakém druhu silového pole. Magnetické nastává, když je objekt pod vlivem magnetického pole. Všechna tělesa na Zemi mají potenciální gravitační energii.

V závislosti na vlastnostech předmětů studia mohou mít různé typy. potenciální energie. Takže elastická a elastická tělesa, která jsou schopna se natáhnout, mají potenciální energii pružnosti nebo napětí. Jakékoli padající těleso, které bylo dříve nehybné, ztrácí potenciál a získává kinetické vlastnosti. V tomto případě bude hodnota těchto dvou typů ekvivalentní. V gravitačním poli naší planety bude mít vzorec potenciální energie následující tvar:

• E p = mhg,
  kde m je tělesná hmotnost; h je výška těžiště tělesa nad nulovou hladinou; g je zrychlení volného pádu.

Slovy lze tento vzorec vyjádřit následovně: potenciální energie objektu interagujícího se Zemí se rovná součinu jeho hmotnosti, zrychlení volného pádu a výšky, ve které se nachází.

Tato skalární hodnota je charakteristikou energetické rezervy hmotného bodu (tělesa) umístěného v potenciálním silovém poli a využívaného k získání kinetické energie v důsledku práce sil pole. Někdy se tomu říká souřadnicová funkce, což je termín v Langrangianu systému (Lagrangeova funkce dynamického systému). Tento systém popisuje jejich interakci.

Potenciální energie se rovná nule pro určitou konfiguraci těles umístěných v prostoru. Volba konfigurace je určena pohodlím dalších výpočtů a nazývá se „normalizace potenciální energie“.

Zákon zachování energie

Jedním z nejzákladnějších postulátů fyziky je zákon zachování energie. Energie se podle něj odnikud neobjevuje a nikam nemizí. Neustále se mění z jedné formy do druhé. Jinými slovy, dochází pouze ke změně energie. Takže například chemická energie baterie baterky se přemění na elektrickou energii a z ní na světlo a teplo. Různé domácí spotřebiče přeměňují elektrickou energii na světlo, teplo nebo zvuk. Nejčastěji konečný výsledek změny jsou teplo a světlo. Poté energie jde do okolního prostoru.

Zákon energie je schopen vysvětlit mnoho vědců, že jeho celkový objem ve vesmíru zůstává neustále nezměněn. Nikdo nemůže vytvořit energii znovu nebo ji zničit. Při vývoji jednoho z jeho typů lidé využívají energii paliva, padající vody, atomu. Jedna jeho podoba se přitom mění v druhou.

V roce 1918 se vědcům podařilo prokázat, že zákon zachování energie je matematickým důsledkem translační symetrie času – velikosti konjugované energie. Jinými slovy, energie se šetří díky skutečnosti, že fyzikální zákony se v různých časech neliší.

Energetické vlastnosti

Energie je schopnost těla konat práci. V uzavřených fyzikálních systémech je zachována po celou dobu (dokud je systém uzavřený) a je jedním ze tří aditivních integrálů pohybu, které zachovávají hodnotu během pohybu. Patří sem: energie, okamžik Zavedení pojmu „energie“ je účelné, když je fyzikální systém v čase homogenní.

Vnitřní energie těles

Je součtem energií molekulárních interakcí a tepelných pohybů molekul, které jej tvoří. Nelze ji přímo měřit, protože jde o jednohodnotovou funkci stavu systému. Kdykoli se systém ocitne v daném stavu, jeho vnitřní energie má svou vlastní hodnotu, bez ohledu na historii existence systému. Změna vnitřní energie v procesu přechodu z jednoho fyzického stavu do druhého se vždy rovná rozdílu mezi jeho hodnotami v konečném a počátečním stavu.

Vnitřní energie plynu

Kromě pevných látek mají energii i plyny. Představuje kinetickou energii tepelného (chaotického) pohybu částic systému, mezi které patří atomy, molekuly, elektrony, jádra. Vnitřní energie ideálního plynu (matematický model plynu) je součtem kinetických energií jeho částic. To zohledňuje počet stupňů volnosti, což je počet nezávislých proměnných, které určují polohu molekuly v prostoru.

Každý rok lidstvo spotřebuje všechno velké množství zdroje energie. Nejčastěji se fosilní uhlovodíky, jako je uhlí, ropa a plyn, používají k výrobě energie potřebné k osvětlení a vytápění našich domovů, provozu vozidel a různých mechanismů. Patří k

Bohužel jen nepatrný zlomek energie na naší planetě pochází z obnovitelných zdrojů, jako je voda, vítr a slunce. K dnešnímu dni je jejich podíl v energetickém sektoru pouze 5 %. Další 3 % lidé přijímají ve formě jaderné energie vyrobené v jaderných elektrárnách.

Neobnovitelné zdroje mají následující rezervy (v joulech):

• jaderná energie - 2 x 10 24;
• energie plynu a ropy - 2 x 10 23;
• vnitřní teplo planety - 5 x 10 20 .

Roční hodnota obnovitelných zdrojů Země:

• sluneční energie - 2 x 10 24;
• vítr - 6 x 10 21;
• řeky - 6,5 x 10 19;
• mořské odlivy - 2,5 x 10 23.

Jen při včasném přechodu od využívání neobnovitelných energetických zásob Země k obnovitelným má lidstvo šanci na dlouhou a šťastnou existenci na naší planetě. Aby mohli zavést pokrokový vývoj, vědci z celého světa nadále pečlivě studují různé vlastnosti energie.

Slovo „energie“ v řečtině znamená „akce“. Energetickým nazýváme člověka, který se aktivně pohybuje a přitom vykonává různé činnosti.

Energie ve fyzice

A pokud v životě můžeme hodnotit energii člověka hlavně podle důsledků jeho činnosti, pak ve fyzice může být energie měřena a studována mnoha různé cesty. Váš veselý přítel nebo soused s největší pravděpodobností odmítne opakovat stejnou akci třicetkrát nebo padesátkrát, když vás náhle napadne zkoumat fenomén jeho energie.

Ale ve fyzice můžete téměř jakýkoli experiment opakovat tolikrát, kolikrát chcete, a udělat tak výzkum, jaký potřebujete. Tak je to i se studiem energie. Výzkumní vědci studovali a označovali mnoho druhů energie ve fyzice. Jedná se o elektrickou, magnetickou, atomovou energii a tak dále. Ale teď budeme mluvit o mechanické energii. Přesněji řečeno o kinetické a potenciální energii.

Kinetická a potenciální energie

V mechanice se studuje pohyb a interakce těles mezi sebou. Proto je zvykem rozlišovat dva druhy mechanické energie: energii způsobenou pohybem těles neboli kinetickou energii a energii způsobenou vzájemným působením těles neboli potenciální energii.

Ve fyzice existuje obecné pravidlo týkající se energie a práce. Pro nalezení energie tělesa je třeba najít práci, která je nutná k převedení tělesa do daného stavu z nuly, tedy takového, ve kterém je jeho energie nulová.

Potenciální energie

Ve fyzice se potenciální energie nazývá energie, která je určena vzájemnou polohou interagujících těles nebo částí téhož tělesa. To znamená, že pokud je tělo zvednuté nad zemí, pak má schopnost spadnout, vykonat nějakou práci.

A možná hodnota této práce se bude rovnat potenciální energii tělesa ve výšce h. Pro potenciální energii je vzorec definován takto:

A=Fs=Ft*h=mgh nebo Ep=mgh,

kde Ep je potenciální energie těla,
m tělesná hmotnost,
h je výška těla nad zemí,
g zrychlení volného pádu.

Za nulovou polohu tělesa, nejen povrchu Země, lze navíc brát jakoukoli polohu, která nám vyhovuje, v závislosti na podmínkách experimentů a měření. Může to být povrch podlahy, stolu a tak dále.

Kinetická energie

V případě, že se tělo pohybuje pod vlivem síly, nejenže může, ale také vykonává nějakou práci. Ve fyzice je kinetická energie energie, kterou má tělo v důsledku svého pohybu. Tělo, pohybující se, vydává svou energii a koná práci. Pro kinetickou energii se vzorec vypočítá takto:

A \u003d Fs \u003d mas \u003d m * v / t * vt / 2 \u003d (mv ^ 2) / 2 nebo Ek \u003d (mv ^ 2) / 2,

kde Ek je kinetická energie tělesa,
m tělesná hmotnost,
v je rychlost těla.

Ze vzorce je vidět, že čím větší je hmotnost a rychlost tělesa, tím vyšší je jeho kinetická energie.

Každé těleso má buď kinetickou nebo potenciální energii, nebo obě současně, jako například letící letadlo.

>>Fyzika 10. ročník >>Fyzika: Kinetická energie a její změna

Kinetická energie

Kinetická energie je energie tělesa, kterou má v důsledku svého pohybu.

Jednoduše řečeno, pojem kinetická energie by měl být chápán pouze jako energie, kterou má těleso, když se pohybuje. Pokud je těleso v klidu, to znamená, že se vůbec nepohybuje, bude kinetická energie rovna nule.

Kinetická energie se rovná práci, kterou musí vynaložit, aby přivedl tělo z klidu do stavu pohybu s určitou rychlostí.

Kinetická energie je tedy rozdíl mezi celkovou energií systému a jeho klidovou energií. Jinými slovy, že kinetická energie bude součástí celkové energie, která je způsobena pohybem.

Pokusme se pochopit pojem kinetická energie tělesa. Vezměme si například pohyb puku na ledu a pokusme se porozumět vztahu mezi množstvím kinetické energie a prací, kterou je třeba vykonat, abychom puk dostali z klidu a uvedli ho do pohybu určitou rychlostí.

Příklad

Hokejista hrající na ledě, který zasáhl puk holí, informuje jej o rychlosti a kinetické energii. Ihned po zásahu hokejkou se puk začne velmi rychle pohybovat, ale postupně se jeho rychlost zpomaluje a nakonec se úplně zastaví. To znamená, že pokles rychlosti byl výsledkem třecí síly vznikající mezi povrchem a podložkou. Poté bude třecí síla směřovat proti pohybu a působení této síly je doprovázeno posunutím. Tělo na druhé straně využívá mechanickou energii, kterou má, a koná práci proti síle tření.

Z tohoto příkladu vidíme, že kinetická energie bude energie, kterou těleso obdrží v důsledku svého pohybu.

V důsledku toho se kinetická energie tělesa o určité hmotnosti bude pohybovat rychlostí rovnající se práci, kterou musí síla působící na těleso v klidu vykonat, aby mu dala danou rychlost:

Kinetická energie je energie pohybujícího se tělesa, která se rovná součinu hmotnosti tělesa a druhé mocniny jeho rychlosti, dělené na polovinu.

Vlastnosti kinetické energie

Vlastnosti kinetické energie zahrnují: aditivitu, neměnnost vzhledem k rotaci vztažné soustavy a zachování.

Taková vlastnost jako aditivnost je kinetická energie mechanického systému, který je složen z hmotných bodů a bude se rovnat součtu kinetických energií všech hmotných bodů, které jsou součástí tohoto systému.

Vlastnost invariance vzhledem k rotaci vztažné soustavy znamená, že kinetická energie nezávisí na poloze bodu a směru jeho rychlosti. Jeho závislost sahá pouze od modulu nebo od druhé mocniny jeho rychlosti.

Vlastnost zachování znamená, že kinetická energie se vůbec nemění během interakcí, které mění pouze mechanické vlastnosti systému.

Tato vlastnost je nezměněna s ohledem na Galileovské transformace. Vlastnosti zachování kinetické energie a druhý Newtonův zákon postačí k odvození matematického vzorce pro kinetickou energii.

Poměr kinetické a vnitřní energie

Existuje však tak zajímavé dilema, jako je skutečnost, že kinetická energie může být závislá na polohách, ze kterých je tento systém uvažován. Vezmeme-li například předmět, který lze pozorovat pouze pod mikroskopem, pak jako celek je toto těleso nehybné, ačkoli je zde také vnitřní energie. Za takových podmínek se kinetická energie objevuje pouze tehdy, když se toto těleso pohybuje jako celek.

Stejné těleso, při pohledu na mikroskopické úrovni, má vnitřní energii díky pohybu atomů a molekul, ze kterých je složeno. A absolutní teplota takového tělesa bude úměrná průměrné kinetické energii takového pohybu atomů a molekul.

Energie je skalární veličina. Jednotkou SI pro energii je Joule.

Kinetická a potenciální energie

Existují dva druhy energie – kinetická a potenciální.

DEFINICE

Kinetická energie je energie, kterou tělo disponuje díky svému pohybu:

DEFINICE

Potenciální energie- jedná se o energii, která je dána vzájemným uspořádáním těles, jakož i povahou sil vzájemného působení mezi těmito tělesy.

Potenciální energie v gravitačním poli Země je energie způsobená gravitační interakcí těla se Zemí. Je určena polohou těla vzhledem k Zemi a rovná se práci na přesunutí těla z této polohy do nulové úrovně:

Potenciální energie je energie způsobená vzájemným působením částí těla. Je rovna práci vnějších sil v tahu (stlačení) nedeformované pružiny o hodnotu:

Těleso může mít současně kinetickou i potenciální energii.

Celková mechanická energie tělesa nebo soustavy těles se rovná součtu kinetických a potenciálních energií tělesa (soustavy těles):

Zákon zachování energie

Pro uzavřenou soustavu těles platí zákon zachování energie:

V případě, kdy na těleso (nebo soustavu těles) působí např. vnější síly, není splněn zákon zachování mechanické energie. V tomto případě je změna celkové mechanické energie tělesa (systém těles) rovna vnějším silám:

Zákon zachování energie umožňuje stanovit kvantitativní vztah mezi různé formy pohyb hmoty. Stejně jako platí nejen pro , ale pro všechny přírodní jevy. Zákon zachování energie říká, že energii v přírodě nelze zničit stejně, jako ji nelze vytvořit z ničeho.

V nejvíce obecný pohled Zákon zachování energie lze formulovat takto:

• energie v přírodě nemizí a znovu se nevytváří, ale pouze se přeměňuje z jedné formy do druhé.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

PŘÍKLAD 2