Obsah
Jedným zo základných zákonov vesmíru je, že energia nie je vytváraná ani ničená - mení iba formy. V dôsledku toho existuje veľa vzorcov pre energiu. Aby sme pochopili, ako sú tieto vzorce vyjadrením tej istej veci, je dôležité najprv pochopiť, čo znamenajú fyzici, keď hovoria o energii. Je to pojem zakorenený v pojmoch klasickej fyziky, ktoré objasnil Sir Isaac Newton.
Vzorec pre energiu pohybu je KE = 0,5 × m × v2 kde KE je kinetická energia v jouloch, m je hmotnosť v kilogramoch a v je rýchlosť v metroch za sekundu.
Sila a práca
Newtonov tri zákony pohybu tvoria základ klasickej fyziky. Prvý zákon definuje silu ako silu, ktorá spôsobuje pohyb, a druhý zákon týka sily, ktorá pôsobí na predmet, na zrýchlenie, ktorému podlieha. Ak sila (F) zrýchľuje telo o vzdialenosť (d), robí množstvo práce (W) rovnajúce sa sile vynásobenej vzdialenosťou krát faktorom, ktorý zodpovedá uhlu medzi nimi (θ, grécke písmeno theta) ). Ako matematické vyjadrenie to znamená W = F × d × (cos (9)). Metrické jednotky sily sú newton, jednotky vzdialenosti sú metre a jednotky pre prácu sú newton metre alebo jouly. Energia je kapacita na prácu a je vyjadrená aj v jouloch.
Kinetická a potenciálna energia
Pohybujúci sa objekt má svoju pohybovú energiu, ktorá je rovnocenná práci, ktorá by bola potrebná na jeho odpočinok. Nazýva sa to kinetická energia a je závislá od druhej mocniny rýchlosti objektov (v), ako aj od jednej polovice jej hmotnosti (m). Matematicky je to vyjadrené ako E (k) = (0,5) × m × v2, Objekt v pokoji v zemskom gravitačnom poli má na základe svojej nadmorskej výšky potenciálnu energiu; Keby mal voľne padať, získal by kinetickú energiu rovnajúcu sa tejto potenciálnej energii. Potenciálna energia závisí od hmotnosti objektov, ich výšky (h) a zrýchlenia v dôsledku gravitácie (g). Matematicky je to E (p) = m • h • g.
Elektrická energia
Výpočet energie v elektrických systémoch závisí od množstva prúdu tečúceho cez vodič (I) v ampéroch, ako aj od elektrického potenciálu alebo napätia (V), ktoré poháňajú prúd, vo voltoch. Vynásobením týchto dvoch parametrov sa získa výkon elektriny (P) vo wattoch a vynásobením P časom, počas ktorého elektrina tečie (t) v sekundách, sa získa množstvo elektrickej energie v systéme v jouloch. Matematické vyjadrenie elektrickej energie vo vodivom obvode je E (e) = P × t = V × I × t. Podľa tohto vzťahu zanechá 100-wattová žiarovka horiaca jednu minútu 6 000 joulov energie. Toto je ekvivalent k množstvu kinetickej energie, ktorú by mala 1 kilogramová hornina, ak by ste ju spadli z výšky 612 metrov (ignorujúc trenie vzduchu).
Niektoré ďalšie formy energie
Svetlo, ktoré vidíme, je elektromagnetický jav, ktorý má energiu na základe vibrácií paketov vĺn nazývaných fotóny. Nemecký fyzik Max Planck zistil, že energia fotónu je úmerná frekvencii (f), s ktorou vibruje, a vypočítal konštantu proporcionality (h), ktorá sa vo svojej cti nazýva Plancksova konštanta. Vyjadrenie energie fotónu je teda E (p) = h × f. Podľa teórie relativity Alberta Einsteina má každá častica hmoty vlastnú potenciálnu energiu úmernú hmotnosti častíc a druhej mocnine rýchlosti svetla (c). Relevantný výraz je E (m) = m × c2, Výpočty einsteínov boli potvrdené vývojom atómovej bomby.