Энергия – бул биздин планетада гана эмес, Ааламда да жашоону мүмкүн кылган нерсе. Бирок, бул абдан ар түрдүү болушу мүмкүн. Ошентип, жылуулук, үн, жарык, электр энергиясы, микротолкундар, калория энергиянын ар кандай түрлөрү. Айланада болуп жаткан бардык процесстер үчүн бул зат керек. Жердеги энергиянын көбү Күндөн алынат, бирок анын башка булактары да бар. Күн аны биздин планетага бир эле учурда эң кубаттуу 100 миллион электр станциясы чыгара алат.
Энергия деген эмне?
Альберт Эйнштейн сунуш кылган теория зат менен энергиянын ортосундагы байланышты изилдейт. Бул улуу окумуштуу бир заттын экинчи затка айланышы мүмкүндүгүн далилдей алган. Ошол эле учурда денелердин бар болушунда энергия эң маанилүү фактор, ал эми материя экинчи орунда экени белгилүү болду.
Энергетика – бул жалпысынан кандайдыр бир ишти аткаруу жөндөмү. Ал жакта турган адамденени кыймылга келтирүүгө же ага жаңы касиеттерди берүүгө жөндөмдүү күч түшүнүгү. "Энергия" термини эмнени билдирет? Физика – бул фундаменталдуу илим, ага ар кайсы доорлордон жана өлкөлөрдөн келген көптөгөн окумуштуулар өмүрүн арнашкан. Атүгүл Аристотель «энергия» деген сөздү адамдын ишмердүүлүгүнө карата колдонгон. Грек тилинен которгондо "энергия" - "аракет", "күч", "аракет", "күч". Бул сөз биринчи жолу грек окумуштуусунун "Физика" деген трактатында кездешкен.
Азыр жалпы кабыл алынган мааниде бул терминди англиялык физик Томас Янг ойлоп тапкан. Бул маанилүү окуя 1807-жылы болгон. XIX кылымдын 50-жылдарында. англиялык механик Уильям Томсон "кинетикалык энергия" түшүнүгүн биринчи жолу колдонгон, ал эми 1853-жылы шотландиялык физик Уильям Ранкин "потенциалдуу энергия" терминин киргизген.
Бүгүнкү күндө бул скалярдык чоңдук физиканын бардык тармактарында бар. Бул кыймылдын жана материянын өз ара аракетинин ар кандай формаларынын бирдиктүү өлчөмү. Башкача айтканда, бул бир форманын экинчи формага айланышынын өлчөмү.
Өлчөөлөр жана белгилер
Энергиянын көлөмү джоуль (Дж) менен өлчөнөт. Бул атайын бирдик энергиянын түрүнө жараша ар кандай белгилер болушу мүмкүн, мисалы:
- W – системанын жалпы энергиясы.
- Q - жылуулук.
- U – потенциалдуу.
Энергиянын түрлөрү
Табиятта энергиянын ар кандай түрлөрү бар. Негизгилери:
- механикалык;
- электромагниттик;
- электр;
- химиялык;
- термикалык;
- ядролук (атомдук).
Энергиянын башка түрлөрү бар: жарык, үн, магнит. Акыркы жылдары физиктердин саны көбөйүп баратат "караңгы" энергия бар деген гипотезага ыкташат. Бул заттын мурда саналып өткөн түрлөрүнүн ар бири өзүнүн өзгөчөлүктөрүнө ээ. Мисалы, үн энергиясы толкундар аркылуу берилиши мүмкүн. Алар адамдардын жана жаныбарлардын кулагындагы кулак капталынын титирөөсүнө салым кошот, анын аркасында үн угууга болот. Ар кандай химиялык реакциялардын жүрүшүндө бардык организмдердин жашоосуна керектүү энергия бөлүнүп чыгат. Ар кандай күйүүчү май, тамак-аш, аккумуляторлор, батарейкалар бул энергиянын сактагычы болуп саналат.
Жылдызыбыз Жерге энергияны электромагниттик толкундар түрүндө берет. Ушундай жол менен гана ал Космостун мейкиндиктерин женип чыга алат. Күн панелдери сыяктуу заманбап технологиялардын аркасында биз аны эң чоң эффект менен колдоно алабыз. Ашыкча пайдаланылбаган энергия атайын энергия сактоочу жайларда топтолот. Энергиянын жогоруда аталган түрлөрү менен бирге термалдык булактар, дарыялар, океандардын агымы жана агымдары көбүнчө биоотундар колдонулат.
Механикалык энергия
Энергиянын бул түрү физиканын «Механика» деп аталган тармагында изилденет. Ал E тамгасы менен белгиленет. Ал джоуль (J) менен өлчөнөт. Бул эмне энергия? Механика физикасы денелердин кыймылын жана алардын бири-бири менен же тышкы талаалар менен өз ара аракеттенүүсүн изилдейт. Бул учурда денелердин кыймылынан келип чыккан энергия деп аталаткинетикалык (Эк менен белгиленет), ал эми денелердин же тышкы талаалардын өз ара аракетинен келип чыккан энергия потенциал (Эп) деп аталат. Кыймыл менен өз ара аракеттенүүнүн суммасы системанын жалпы механикалык энергиясы болуп саналат.
Эки түрдү тең эсептөөнүн жалпы эрежеси бар. Энергиянын көлөмүн аныктоо үчүн денени нөлдүк абалдан ушул абалга өткөрүү үчүн зарыл болгон жумушту эсептөө керек. Анын үстүнө, канчалык көп жумуш болсо, дене ошончолук көп энергияга ээ болот.
Түрлөрдү түрдүү критерийлер боюнча бөлүү
Энергияны бөлүшүүнүн бир нече түрлөрү бар. Ар кандай критерийлер боюнча: тышкы (кинетикалык жана потенциалдуу) жана ички (механикалык, жылуулук, электромагниттик, ядролук, гравитациялык) болуп бөлүнөт. Электромагниттик энергия өз кезегинде магниттик жана электрдик болуп бөлүнөт, ал эми ядролук энергия алсыз жана күчтүү өз ара аракеттенүү энергиясына бөлүнөт.
Kinetic
Ар кандай кыймылдуу денелер кинетикалык энергиянын болушу менен айырмаланат. Ал көп учурда мындай деп аталат - айдоо. Кыймылдап жаткан дененин энергиясы жайлаганда жоголот. Ошентип, ылдамдык канчалык ылдам болсо, кинетикалык энергия ошончолук чоң болот.
Кыймылдагы дене кыймылсыз объектке тийгенде, кинетикалык бир бөлүгү экинчисине өтүп, аны кыймылга келтирет. Кинетикалык энергиянын формуласы төмөнкүчө:
Сөз менен айтканда, бул формула төмөнкүчө чагылдырууга болот: объекттин кинетикалык энергиясыанын массасынын жарымы ылдамдыгынын квадратына көбөйтүлдү.
Потенциал
Энергиянын бул түрүнө кандайдыр бир күч талаасында турган денелер ээ. Ошентип, магниттик нерсе магнит талаасынын таасири астында болгондо пайда болот. Жердеги бардык денелердин потенциалдуу тартылуу энергиясы бар.
Изилдөө объекттеринин касиеттерине жараша потенциалдык энергиянын ар кандай түрлөрүнө ээ болушу мүмкүн. Ошентип, чоюлууга жөндөмдүү серпилгич жана серпилгич денелер ийкемдүүлүк же чыңалуу потенциалдуу энергияга ээ. Мурда кыймылсыз болгон ар кандай кулаган дене потенциалын жоготуп, кинетикага ээ болот. Бул учурда, бул эки түрдүн мааниси барабар болот. Биздин планетанын гравитациялык талаасында потенциалдык энергия формуласы мындай болот:
Сөз менен айтканда, бул формуланы төмөнкүчө чагылдырууга болот: Жер менен өз ара аракеттенген нерсенин потенциалдык энергиясы анын массасынын, тартылуу күчүнүн ылдамдануусунун жана ал жайгашкан бийиктиктин көбөйтүндүсүнө барабар.
Бул скалярдык маани потенциалдык күч талаасында жайгашкан жана талаа күчтөрүнүн ишинин натыйжасында кинетикалык энергияны алуу үчүн колдонулган материалдык чекиттин (дененин) энергия запасынын мүнөздөмөсү. Кээде ал координаталык функция деп аталат, ал системанын Лангранжында термин (динамикалык системанын Лагранж функциясы). Бул система алардын өз ара аракеттенүүсүн сүрөттөйт.
Потенциалдуу энергия үчүн нөлгө барабармейкиндикте жайгашкан денелердин белгилүү бир конфигурациясы. Конфигурацияны тандоо кийинки эсептөөлөрдүн ыңгайлуулугу менен аныкталат жана "потенциалдуу энергияны нормалдаштыруу" деп аталат.
Энергиянын сакталуу мыйзамы
Физиканын эң негизги постулаттарынын бири энергиянын сакталуу мыйзамы. Анын айтымында, энергия эч жерден пайда болбойт жана эч жерде жок болбойт. Ал дайыма бир формадан экинчи формага өзгөрөт. Башкача айтканда, энергиянын өзгөрүүсү гана болот. Ошентип, мисалы, кол чырактын батареясынын химиялык энергиясы электр энергиясына, андан жарыкка жана жылуулукка айланат. Ар кандай тиричилик техникалары электр энергиясын жарыкка, жылуулукка же үнгө айлантат. Көбүнчө өзгөрүүнүн акыркы натыйжасы жылуулук жана жарык болуп саналат. Андан кийин энергия айланадагы мейкиндикке кетет.
Энергия мыйзамы көптөгөн физикалык кубулуштарды түшүндүрө алат. Окумуштуулар анын ааламдагы жалпы көлөмү дайыма өзгөрүүсүз бойдон калууда деп ырасташат. Эч ким энергияны жаңыдан жаратып же жок кыла албайт. Анын бир түрүн иштеп чыгуу менен адамдар отундун, суунун, атомдун энергиясын колдонушат. Ошол эле учурда анын бир түрү экинчисине айланат.
1918-жылы илимпоздор энергиянын сакталуу закону убакыттын котормо симметриясынын математикалык натыйжасы - конъюгациялык энергиянын мааниси экенин далилдей алышкан. Башкача айтканда, физиканын мыйзамдары ар кайсы убакта айырмаланбагандыктан энергия сакталат.
Энергетикалык өзгөчөлүктөр
Энергия – бул дененин жумуш аткарууга жөндөмдүүлүгү. Жабык ичиндефизикалык системалар үчүн, ал бүткүл убакыт бою сакталып турат (система жабык турганда) жана кыймыл учурунда маанини сактаган кыймылдын үч кошумча интегралынын бири. Аларга: энергия, бурчтук импульс, импульс кирет. Физикалык система убакыт боюнча бир тектүү болгондо "энергия" түшүнүгүн киргизүү ылайыктуу.
Денелердин ички энергиясы
Бул молекулярдык өз ара аракеттенүү энергияларынын жана аны түзгөн молекулалардын жылуулук кыймылдарынын жыйындысы. Аны түздөн-түз өлчөө мүмкүн эмес, анткени бул системанын абалынын бир түшүнүктүү функциясы. Качан система өзүн кайсы бир абалда тапса, анын ички энергиясы системанын жашоо тарыхына карабастан, өзүнө мүнөздүү мааниге ээ болот. Бир физикалык абалдан экинчисине өтүү учурунда ички энергиянын өзгөрүшү ар дайым анын акыркы жана баштапкы абалдарындагы маанилеринин ортосундагы айырмага барабар.
Газдын ички энергиясы
Катуу заттардан тышкары газдар да энергияга ээ. Ал атомдорду, молекулаларды, электрондорду, ядролорду камтыган системанын бөлүкчөлөрүнүн жылуулук (баш аламан) кыймылынын кинетикалык энергиясын билдирет. Идеалдуу газдын ички энергиясы (газдын математикалык модели) анын бөлүкчөлөрүнүн кинетикалык энергияларынын суммасы. Бул молекуланын мейкиндиктеги абалын аныктоочу көз карандысыз өзгөрмөлөрдүн саны болгон эркиндик даражаларынын санын эске алат.
Энергияны колдонуу
Адамзат жыл сайын энергия ресурстарын көбүрөөк керектөөдө. Көбүнчө энергия үчүн,биздин үйлөрдү жарыктандыруу жана жылытуу, транспорт жана ар кандай механизмдердин иштеши үчүн зарыл болгон көмүр, мунай жана газ сыяктуу көмүртек суутектери колдонулат. Алар кайра жаралбаган ресурстар.
Тилекке каршы, биздин планетанын энергиясынын аз гана бөлүгү суу, шамал жана күн сыяктуу кайра жаралуучу булактардан алынат. Бүгүнкү күндө алардын энергетика тармагындагы үлүшү 5%ды гана түзөт. Дагы 3% адам атомдук электр станцияларында өндүрүлгөн өзөктүк энергия түрүндө алышат.
Калыбына келтирилбеген ресурстардын төмөнкү запастары бар (джоуль менен):
- ядролук энергия - 2 x 1024;
- газ жана мунай энергиясы – 2 x 10 23;
- планетанын ички жылуулугу - 5 x 1020.
Жердин кайра жаралуучу ресурстарынын жылдык баасы:
- күн энергиясы - 2 x 1024;
- шамал - 6 x 1021;
- дарыялар - 6, 5 x 1019;
- деңиз толкундары - 2,5 x 1023.
Жердин энергиянын кайра жаралбаган резервдерин пайдалануудан кайра жаралуучу булактарга өз убагында өтүү менен гана адамзат биздин планетада узак жана бактылуу жашоого мүмкүнчүлүк алат. Заманбап иштеп чыгууларды ишке ашыруу үчүн дүйнө жүзүндөгү окумуштуулар энергиянын ар кандай касиеттерин кылдаттык менен изилдөөнү улантууда.
