Основи енергетики
Що таке робота?
Висловлюючись класичною фізикою, ви працюєте над об'єктом, коли дієте на нього силою, змушуючи його рухатись на деяку відстань. Обсяг роботи, яку ви фактично виконуєте, може мати незначне відношення до зусиль, які ви докладаєте. Наприклад, якщо ви натискаєте на автомобіль, застряглий у сніговому заметі, ви можете докласти багато сили (і зусиль), але якщо машина не зрушиться з місця, ви не зробили жодної роботи! Для того, щоб працювати над об’єктом, об’єкт повинен переміститися на деяку відстань в результаті прикладеної сили. Існують також обмеження щодо сили, яку ви застосовуєте. Результатом роботи є лише сила, що діє в тому ж напрямку, що і рух предмета. Вам може здатися, що ви робите багато роботи, якщо несете повну руку книг від дому до школи. Насправді ви взагалі не працюєте! Несучи стопку книг, ви докладаєте сили, щоб утримувати книги, щоб вони не впали на землю. З цією силою не пов'язано ніякого руху. Під час ходьби рух книг горизонтальний, а не вертикальний. Оскільки сила, прикладена до книг, вертикальна, а рух горизонтальний, ви не виконуєте жодної роботи над книгами.
Робота - це передача енергії, тому робота проводиться на об’єкті, коли ви передаєте енергію цьому об’єкту. Обсяг роботи, що виконується над об’єктом, залежить від величини сили, що діє на об’єкт, і від величини відстані, яку об’єкт рухає.
Робота = Сила х Відстань
Відповідно до Другого закону руху Ньютона, чиста сила на об’єкт залежить від маси об’єкта та його прискорення під час руху.
Сила = Маса х Прискорення
Загальною одиницею сили є Ньютон (N). Один Ньютон - це сила, необхідна для прискорення одного кілограма маси зі швидкістю 1 метр в секунду в секунду.
Обсяг роботи, зробленої для просування автомобіля 10000 Н на відстань 10 метрів, буде
10 000 Н х 10 м = 100 000 Н м або 100 000 Дж
Ньютономери називаються джоулями (J). Джоуль названий на честь Джеймса Прескотта Джоуля (1818-1889), який вперше розрахував обсяг електричних робіт, необхідних для отримання одиниці тепла. У своїх експериментах Джоуль виявив, що однакова кількість тепла виробляється однаковою кількістю електричних чи механічних робіт ("механічний еквівалент тепла").
Дізнайтеся більше про роботу тут.
Що таке енергія?
10 березня 2005 року, звучачи як локомотив, що наближався, торнадо випав із хвиль чорних хмар у новозеландському містечку Греймут. Вітри кинули вантажівку в лагуну, розірвали опори електропередач навпіл, дахи проплили в повітрі, а будівлі зруйновані (перейдіть сюди, щоб переглянути відео цієї катастрофи).
Хоча вітер - це просто рух повітря, він має енергію. Коли вітер рухає листя по дереву або піднімає та кидає вантажівку, це спричиняє зміну положення об’єкта. Тому він зробив свою роботу. Міра здатності виконувати роботу або викликати зміни називається енергією. Щоразу, коли об’єкт працює над іншим об’єктом, частина енергії робочого об’єкта передається цьому об’єкту, підвищуючи його енергетичний стан. Як і робота, одиницями енергії є джоулі.
Енергія - це кількість роботи, яку здатна виконувати фізична система, тому енергію можна визначити як таку, що змінює положення, фізичний склад або температуру об’єкта. Існує дві категорії енергії - кінетична та потенційна. Різниця між ними полягає в тому, чи передається енергія (кінетична), чи зберігається (потенційна). Вони взаємоконвертовані.
Кінетична енергія - це енергія руху (рух хвиль, електронів, атомів, молекул), тоді як потенційна енергія - це накопичена енергія або енергія положення, що має потенціал для роботи (дотримуйтесь кінетичних та потенційних енергетичних зв'язків для більш детального обговорення ). Кінетична енергія об'єкта залежить як від маси об'єкта, так і від його швидкості.
Таким чином, автомобіль вагою 3000 фунтів, що рухається зі швидкістю 50 км/год, передаватиме більше кінетичної енергії, ніж автомобіль 2000 фунтів, який рухається з такою ж швидкістю. Енергія може зберігатися в об’єкті, піднімаючи його вгору. Кількість потенційної енергії буде
де m - маса об'єкта; h - висота об’єкта, а g - сила тяжіння, що діє на об’єкт.
Ця анімація показує, як енергія перетворюється між кінетичною та потенційною енергією .
Анімація надана: http://www.bsharp.org/physics/stuff/swings.html
Подивіться, як кінетична та потенційна енергія взаємопов’язані, використовуючи демонстрацію американських гірок.
Водоспад має як потенційну, так і кінетичну енергію. Вода у верхній частині водоспаду має потенційну енергію. Коли вода тече через край водоспаду, її енергія змінюється на кінетичну.
Форми енергії
І потенційна, і кінетична енергія бувають різних форм.
Закон збереження енергії
У системі кількість енергії постійна. Енергію не можна ні створити, ні знищити. Однак його можна перенести з однієї форми в іншу. Чт, коли вода у верхній частині водоспаду занурюється через край, потенційна енергія перетворюється на кінетичну. Енергія молекули повітря, що рухається за вітром, може бути перетворена в енергію обертання при переміщенні ротора вітряка, який потім може бути перетворений в електроенергію за допомогою генератора вітрової турбіни. Практично у всіх цих процесах частина енергії також перетворюється на теплову.
Одиниці енергії
Оскільки ми використовуємо енергію для виконання багатьох різних видів робіт, таких як електричні, механічні та теплові роботи, існує безліч різних одиниць вимірювання кількості енергії, що використовується. Наприклад, джоуль є мірою електричної енергії, тоді як калорія або британська теплова одиниця (BTU) зазвичай використовується для вимірювання теплової енергії.