Energjia është ajo që e bën të mundur jetën jo vetëm në planetin tonë, por edhe në Univers. Megjithatë, mund të jetë shumë e ndryshme. Pra, nxehtësia, zëri, drita, energjia elektrike, mikrovalët, kaloritë janë lloje të ndryshme të energjisë. Për të gjitha proceset që ndodhin rreth nesh, kjo substancë është e nevojshme. Shumica e energjisë që ekziston në Tokë merr nga Dielli, por ka burime të tjera të saj. Dielli e transferon atë në planetin tonë aq sa 100 milionë termocentrale më të fuqishme do të prodhonin në të njëjtën kohë.
Çfarë është energjia?
Teoria e paraqitur nga Albert Einstein studion marrëdhëniet midis materies dhe energjisë. Ky shkencëtar i madh ishte në gjendje të provonte aftësinë e një substance për t'u shndërruar në një tjetër. Në të njëjtën kohë, doli se energjia është faktori më i rëndësishëm në ekzistencën e trupave dhe materia është dytësore.
Energjia është, në përgjithësi, aftësia për të bërë disa punë. Ajo është ajo që përfaqësonkoncepti i një force të aftë për të lëvizur një trup ose për t'i dhënë atij veti të reja. Çfarë do të thotë termi "energji"? Fizika është një shkencë themelore, së cilës i kushtuan jetën e tyre shumë shkencëtarë nga periudha dhe vende të ndryshme. Edhe Aristoteli përdori fjalën "energji" për t'iu referuar veprimtarisë njerëzore. Përkthyer nga gjuha greke, "energjia" është "aktivitet", "forcë", "veprim", "fuqi". Herën e parë që kjo fjalë u shfaq në një traktat nga një shkencëtar grek i quajtur "Fizika".
Në kuptimin tashmë të pranuar përgjithësisht, ky term u krijua nga fizikani anglez Thomas Young. Kjo ngjarje e rëndësishme ndodhi në vitin 1807. Në vitet 50 të shekullit XIX. mekaniku anglez William Thomson ishte i pari që përdori konceptin e "energjisë kinetike" dhe në 1853 fizikani skocez William Rankin prezantoi termin "energji potenciale".
Sot kjo sasi skalare është e pranishme në të gjitha degët e fizikës. Është një masë e vetme e formave të ndryshme të lëvizjes dhe ndërveprimit të materies. Me fjalë të tjera, është një masë e shndërrimit të një forme në një tjetër.
Matje dhe emërtime
Sasia e energjisë matet në xhaul (J). Kjo njësi speciale, në varësi të llojit të energjisë, mund të ketë emërtime të ndryshme, për shembull:
- W është energjia totale e sistemit.
- Q - termike.
- U – potencial.
Llojet e energjisë
Ka shumë lloje të ndryshme të energjisë në natyrë. Ato kryesore janë:
- mekanike;
- elektromagnetike;
- elektrik;
- kimike;
- termike;
- bërthamore (atomike).
Ekzistojnë lloje të tjera të energjisë: drita, zëri, magnetike. Vitet e fundit, një numër në rritje i fizikantëve janë të prirur ndaj hipotezës së ekzistencës së të ashtuquajturës energji "e errët". Secili nga llojet e listuara më parë të kësaj substance ka karakteristikat e veta. Për shembull, energjia e zërit mund të transmetohet duke përdorur valë. Ato kontribuojnë në dridhjen e daulleve të veshit në veshin e njerëzve dhe kafshëve, falë të cilave mund të dëgjohen tinguj. Gjatë reaksioneve të ndryshme kimike, lirohet energjia e nevojshme për jetën e të gjithë organizmave. Çdo karburant, ushqim, akumulator, bateri janë ruajtja e kësaj energjie.
Ylli ynë i jep Tokës energji në formën e valëve elektromagnetike. Vetëm në këtë mënyrë mund të kapërcejë hapësirat e Kozmosit. Falë teknologjisë moderne, siç janë panelet diellore, ne mund ta përdorim atë në efektin më të madh. Energjia e tepërt e papërdorur grumbullohet në objekte speciale të ruajtjes së energjisë. Së bashku me llojet e mësipërme të energjisë, burimet termale, lumenjtë, zbaticat dhe rrjedhat e oqeanit, shpesh përdoren biokarburantet.
Energjia Mekanike
Kjo lloj energjie studiohet në degën e fizikës të quajtur "Mekanikë". Ajo shënohet me shkronjën E. Ajo matet në xhaul (J). Çfarë është kjo energji? Fizika e mekanikës studion lëvizjen e trupave dhe ndërveprimin e tyre me njëri-tjetrin ose me fushat e jashtme. Në këtë rast quhet energjia për shkak të lëvizjes së trupavekinetike (e shënuar me Ek), dhe energjia për shkak të bashkëveprimit të trupave ose fushave të jashtme quhet potencial (Ep). Shuma e lëvizjes dhe ndërveprimit është energjia totale mekanike e sistemit.
Ekziston një rregull i përgjithshëm për llogaritjen e të dy llojeve. Për të përcaktuar sasinë e energjisë, është e nevojshme të llogaritet puna e nevojshme për të transferuar trupin nga gjendja zero në këtë gjendje. Për më tepër, sa më shumë punë, aq më shumë energji do të ketë trupi në këtë gjendje.
Ndarja e specieve sipas kritereve të ndryshme
Ka disa lloje të ndarjes së energjisë. Sipas kritereve të ndryshme ndahet në: të jashtëm (kinetik dhe potencial) dhe të brendshëm (mekanik, termik, elektromagnetik, bërthamor, gravitacional). Energjia elektromagnetike, nga ana tjetër, ndahet në magnetike dhe elektrike, dhe energjia bërthamore ndahet në energjinë e ndërveprimeve të dobëta dhe të forta.
Kinetike
Çdo trup në lëvizje dallohet nga prania e energjisë kinetike. Shpesh quhet kështu - ngarje. Energjia e një trupi që është në lëvizje humbet kur ai ngadalësohet. Kështu, sa më e madhe të jetë shpejtësia, aq më e madhe është energjia kinetike.
Kur një trup lëvizës bie në kontakt me një objekt të palëvizshëm, një pjesë e atij kinetik transferohet tek ky i fundit, duke e vënë atë në lëvizje. Formula e energjisë kinetike është si më poshtë:
Me fjalë, kjo formulë mund të shprehet si më poshtë: energjia kinetike e një objekti ështëgjysma e produktit të masës së tij herë sa katrori i shpejtësisë së tij.
Potencial
Kjo lloj energjie zotërohet nga trupat që janë në një lloj fushe force. Pra, magnetike ndodh kur një objekt është nën ndikimin e një fushe magnetike. Të gjithë trupat në tokë kanë energji potenciale gravitacionale.
Në varësi të vetive të objekteve të studimit, ato mund të kenë lloje të ndryshme të energjisë potenciale. Pra, trupat elastikë dhe elastikë që janë në gjendje të shtrihen, kanë energjinë potenciale të elasticitetit ose tensionit. Çdo trup në rënie që më parë ishte i palëvizshëm humbet potencialin dhe fiton kinetikë. Në këtë rast, vlera e këtyre dy llojeve do të jetë ekuivalente. Në fushën gravitacionale të planetit tonë, formula e energjisë potenciale do të duket kështu:
Me fjalë, kjo formulë mund të shprehet si më poshtë: energjia potenciale e një objekti që ndërvepron me Tokën është e barabartë me produktin e masës së tij, nxitimit të gravitetit dhe lartësisë në të cilën ndodhet.
Kjo vlerë skalare është një karakteristikë e rezervës së energjisë së një pike materiale (trupi) të vendosur në një fushë force potenciale dhe që përdoret për të marrë energji kinetike për shkak të punës së forcave të fushës. Ndonjëherë quhet funksioni i koordinatave, i cili është një term në Langranzhianin e sistemit (funksioni Lagranzh i një sistemi dinamik). Ky sistem përshkruan ndërveprimin e tyre.
Energjia potenciale barazohet me zero përnjë konfigurim i caktuar i trupave të vendosur në hapësirë. Zgjedhja e konfigurimit përcaktohet nga lehtësia e llogaritjeve të mëtejshme dhe quhet "normalizimi i energjisë potenciale".
Ligji i ruajtjes së energjisë
Një nga postulatet më themelore të fizikës është ligji i ruajtjes së energjisë. Sipas tij, energjia nuk shfaqet nga askund dhe nuk zhduket askund. Ai ndryshon vazhdimisht nga një formë në tjetrën. Me fjalë të tjera, ka vetëm një ndryshim në energji. Kështu, për shembull, energjia kimike e një baterie elektrik dore shndërrohet në energji elektrike, dhe prej saj në dritë dhe nxehtësi. Pajisjet e ndryshme shtëpiake e kthejnë energjinë elektrike në dritë, nxehtësi ose zë. Më shpesh, rezultati përfundimtar i ndryshimit është nxehtësia dhe drita. Pas kësaj, energjia shkon në hapësirën përreth.
Ligji i energjisë mund të shpjegojë shumë fenomene fizike. Shkencëtarët argumentojnë se vëllimi i tij i përgjithshëm në univers mbetet vazhdimisht i pandryshuar. Askush nuk mund të krijojë sërish energji ose ta shkatërrojë atë. Duke zhvilluar një nga llojet e tij, njerëzit përdorin energjinë e karburantit, ujin në rënie, një atom. Në të njëjtën kohë, një nga format e saj kthehet në një tjetër.
Në vitin 1918, shkencëtarët ishin në gjendje të vërtetonin se ligji i ruajtjes së energjisë është një pasojë matematikore e simetrisë përkthimore të kohës - vlera e energjisë së konjuguar. Me fjalë të tjera, energjia ruhet për faktin se ligjet e fizikës nuk ndryshojnë në kohë të ndryshme.
Veçoritë e energjisë
Energjia është aftësia e një trupi për të bërë punë. Në të mbyllurasistemet fizike, ruhet gjatë gjithë kohës (përderisa sistemi është i mbyllur) dhe është një nga tre integralet shtesë të lëvizjes që ruajnë vlerën gjatë lëvizjes. Këto përfshijnë: energjinë, momentin këndor, momentin. Prezantimi i konceptit të "energjisë" është i përshtatshëm kur sistemi fizik është homogjen në kohë.
Energjia e brendshme e trupave
Është shuma e energjive të ndërveprimeve molekulare dhe lëvizjeve termike të molekulave që e përbëjnë atë. Nuk mund të matet drejtpërdrejt sepse është një funksion i paqartë i gjendjes së sistemit. Sa herë që një sistem e gjen veten në një gjendje të caktuar, energjia e tij e brendshme ka vlerën e saj të qenësishme, pavarësisht nga historia e ekzistencës së sistemit. Ndryshimi i energjisë së brendshme gjatë kalimit nga një gjendje fizike në tjetrën është gjithmonë i barabartë me diferencën midis vlerave të saj në gjendjen përfundimtare dhe fillestare.
Energjia e brendshme e gazit
Përveç lëndëve të ngurta, gazrat kanë edhe energji. Ai përfaqëson energjinë kinetike të lëvizjes termike (kaotike) të grimcave të sistemit, të cilat përfshijnë atomet, molekulat, elektronet, bërthamat. Energjia e brendshme e një gazi ideal (një model matematikor i një gazi) është shuma e energjive kinetike të grimcave të tij. Kjo merr parasysh numrin e shkallëve të lirisë, që është numri i variablave të pavarur që përcaktojnë pozicionin e molekulës në hapësirë.
Përdorimi i energjisë
Çdo vit njerëzimi konsumon gjithnjë e më shumë burime energjie. Më shpesh për energji,të nevojshme për ndriçimin dhe ngrohjen e shtëpive tona, funksionimin e automjeteve dhe mekanizmave të ndryshëm, përdoren hidrokarbure fosile si qymyri, nafta dhe gazi. Ato janë burime jo të rinovueshme.
Fatkeqësisht, vetëm një pjesë e vogël e energjisë së planetit tonë vjen nga burime të rinovueshme si uji, era dhe dielli. Deri më sot, pjesa e tyre në sektorin e energjisë është vetëm 5%. Një tjetër 3% e njerëzve marrin në formën e energjisë bërthamore të prodhuar në termocentralet bërthamore.
Burimet jo të rinovueshme kanë rezervat e mëposhtme (në xhaul):
- energjia bërthamore - 2 x 1024;
- energjia e gazit dhe naftës – 2 x 10 23;
- nxehtësia e brendshme e planetit - 5 x 1020.
Vlera vjetore e burimeve të rinovueshme të Tokës:
- energjia diellore - 2 x 1024;
- erë - 6 x 1021;
- lume - 6, 5 x 1019;
- batica e detit - 2,5 x 1023.
Vetëm me një kalim në kohë nga përdorimi i rezervave të energjisë jo të rinovueshme të Tokës në ato të rinovueshme, njerëzimi ka një shans për një ekzistencë të gjatë dhe të lumtur në planetin tonë. Për të zbatuar zhvillimet më të fundit, shkencëtarët në mbarë botën vazhdojnë të studiojnë me kujdes vetitë e ndryshme të energjisë.
