Енергія - один з основних понять у фізиці, яке дозволяє описувати різні процеси і явища в природі. Вона вимірюється в певних одиницях і має різні форми прояву. У 7 класі учні починають вивчати основи фізики і дізнаються про те, як вимірюється енергія.
Одиницею вимірювання енергії в системі СІ є джоуль (Дж) - це енергія, яка витрачається при переміщенні точки прикладання сили в одному напрямку на відстань в один метр. Також енергію можна вимірювати в інших одиницях, таких як калорія (ккал) або електронвольт (ев).
Для обліку та вимірювання різних форм енергії у фізиці використовуються різні величини. Наприклад, у випадку механічної енергії – це робота, яку потрібно зробити для переміщення тіла в просторі. Іншими словами, робота дорівнює добутку сили, прикладеної до тіла, на відстань, на яку воно рухається.
Енергія має багато форм, таких як кінетична, потенційна, теплова, електрична та інші. Кожна форма енергії вимірюється в своїх одиницях, але основний показник – це джоуль. Він дозволяє порівнювати і оцінювати кількісно різні види енергії.
Що таке енергія у фізиці?
У фізиці енергія вимірюється в джоулях (Дж). 1 джоуль дорівнює роботі, досконалої силою в 1 ньютон на відстань 1 метр.
Існує кілька видів енергії:
- Механічна енергія-це сума потенційної та кінетичної енергії об'єкта.
- Потенційна енергія-енергія, пов'язана з Положенням об'єкта або системи в гравітаційному або електромагнітному полі.
- Кінетична енергія-енергія, пов'язана з рухом об'єкта.
- Теплова енергія-енергія, пов'язана з внутрішнім рухом частинок речовини.
- Світлова енергія-енергія, що переноситься світловими хвилями.
- Електрична енергія-енергія, пов'язана з електричними взаємодіями в системі.
Енергія не може бути створена або знищена, вона тільки перетворюється з однієї форми в іншу. Принцип збереження енергії говорить, що сума енергій в ізольованій системі залишається постійною.
Визначення енергії та її сутність
Сутність енергії полягає в її властивостях і можливості перетворюватися з однієї форми в іншу. Вона може існувати в різних формах: механічної, потенційної, кінетичної, теплової, електричної, хімічної та інших.
Механічна енергія пов'язана з рухом тіла і може бути виражена як сума кінетичної та потенційної енергії. Кінетична енергія залежить від маси тіла та його швидкості, а потенційна енергія пов'язана з положенням тіла відносно інших об'єктів або відносно Землі.
Теплова енергія пов'язана з рухом молекул речовини і є формою енергії, яка передається від нагрітого тіла до холодного. Чим вище температура речовини, тим більше теплова енергія.
Електрична енергія виникає при русі електричного заряду і використовується для приводу електричних пристроїв і систем.
Хімічна енергія міститься в хімічних зв'язках речовин і вивільняється при їх реакціях. Прикладом хімічної енергії може служити енергія, яку ми отримуємо при спалюванні палива.
Енергія не може бути створена або знищена, вона завжди зберігається. Принцип збереження енергії полягає в тому, що сума всіх видів енергії в замкнутій системі залишається постійною.
- Енергія-це фізична величина, яка дозволяє описати здатність системи або тіла виконувати роботу або передавати тепло.
- Енергія може існувати в різних формах, таких як механічна, потенційна, кінетична, теплова, електрична, хімічна та інші.
- Сума всіх видів енергії в замкнутій системі залишається постійною, згідно з принципом збереження енергії.
Як вимірюється енергія у фізиці?
Вимірювання енергії проводиться за допомогою різних методів в залежності від конкретної ситуації. Одним з найбільш поширених методів є вимірювання механічної роботи, яка визначається як добуток прикладеної сили на переміщення тіла в напрямку сили.
Формула для визначення механічної роботи виглядає наступним чином:
Робота (у джоулях) = Сила (у ньютонах) × переміщення тіла (у метрах)
Якщо відомо значення роботи, то можна визначити енергію системи або частинки. Наприклад, робота, що здійснюється при підйомі вантажу, перетворюється в потенційну енергію, яка залежить від висоти підйому і маси вантажу.
Формула для визначення потенційної енергії:
Потенційна енергія (у джоулях) = маса (у кілограмах) × прискорення сили тяжіння (у метрах в секунду в квадраті) × Висота (у метрах)
У фізиці також використовується одиниця вимірювання енергії-електронвольт (ев). Вона використовується для вимірювання енергії елементарних частинок або енергії в атомній і ядерній фізиці. Електронвольт визначається як енергія, що отримується одним електроном при проходженні через електричне поле з напругою в один вольт.
Важливо пам'ятати, що існує багато інших видів енергії, таких як кінетична енергія, теплова енергія, енергія світла та інші, і для кожного виду енергії існують свої специфічні методи вимірювання.
Одиниці вимірювання енергії
Джоуль є основною одиницею вимірювання енергії в СІ. Одним джоулем називається кількість енергії, яка необхідна для виконання роботи в 1 новтон-метрі (1 Н·м). Джоулі також можна виразити за допомогою інших одиниць вимірювання, наприклад, у кілокалоріях (1 Дж = 0,000239 ккал) або в ергах (1 Дж = 10^7 Ерг).
Електронвольт-це одиниця енергії, яка використовується в атомній та ядерній фізиці. Один електронвольт дорівнює енергії, яку набуває електрон при переміщенні в електричному полі з напругою 1 вольт. Найчастіше в експериментах, пов'язаних з атомами і елементарними частинками, зручно використовувати електронвольти для вимірювання енергії.
Крім джоулів і електронвольтів, існують також інші одиниці вимірювання енергії, які використовуються в різних областях фізики. Наприклад, в механіці використовується кіловат-година (кВ·год), в термодинаміці - калорія (ккал) або Британська теплова одиниця (BTU). Кожна одиниця виміру має свої особливості і застосовується відповідно до конкретних завдань і умов.
Види енергії у фізиці
1. Механічна енергія - це енергія, пов'язана з рухом об'єктів і їх положенням. Вона може бути розділена на кінетичну і потенційну енергію.
Кінетична енергія - це енергія руху. Вона залежить від маси об'єкта і його швидкості. Чим більша маса і швидкість об'єкта, тим більша його кінетична енергія.
Потенційна енергія - це енергія, пов'язана з Положенням об'єкта в гравітаційному полі або полі сили. Вона може бути потенційною енергією положення, наприклад, у об'єкта на висоті, або потенційною енергією деформації, коли об'єкт стиснутий або розтягнутий.
2. Теплова енергія - це енергія, пов'язана з рухом частинок речовини. Рівень теплової енергії залежить від середньої кінетичної енергії частинок. Чим вище середня кінетична енергія, тим вище температура речовини.
3. Електрична енергія - це енергія, пов'язана з рухом електричних зарядів. Вона виникає при протіканні електричного струму через провідник або при роз'єднанні зарядів.
4. Світлова енергія - це енергія, пов'язана з електромагнітними хвилями видимого спектру. Вона передається від джерела світла і може бути поглинена, відбита або заломлена іншими об'єктами.
5. Хімічна енергія - це енергія, пов'язана зі змінами в хімічних зв'язках між атомами. Вона може бути вивільнена або поглинена при хімічних реакціях.
Ці види енергії можуть бути перетворені одна в одну, а закони збереження енергії гарантують, що загальна енергія в системі зберігається.
Кінетична енергія
Вимірюється в Дж (джоулях), на честь англійського фізика Джеймса Джоуля.
Формула для обчислення кінетичної енергії:
- Ек-кінетична енергія (Дж);
- m-маса тіла (кг);
- V-швидкість тіла (м / сек).
Чим більше маса тіла і його швидкість, тим більше його кінетична енергія.
Кінетична енергія може бути перетворена з одного виду в інший, наприклад, з механічної в електричну.
Потенційна енергія
Вимірюється потенційна енергія в джоулях (Дж). Один джоуль дорівнює енергії, витраченої при переміщенні об'єкта масою в один кілограм на один метр в напрямку сили тяжіння.
Щоб краще зрозуміти поняття потенційної енергії, розглянемо приклад падаючого об'єкта. Коли об'єкт піднімається на певну висоту, його потенційна енергія збільшується, так як він може зробити роботу, падаючи назад вниз. Рівень, щодо якого вимірюється потенційна енергія, може бути обраний довільно.
Для розрахунку потенційної енергії можна використовувати формулу:
| Потенційна енергія | = | маса * прискорення вільного падіння * висота |
| Ep | = | m * g * h |
- Ep-потенційна енергія
- m-маса об'єкта
- g-прискорення сили тяжіння (приблизно 9,8 м/с2 на Землі)
- h-висота об'єкта над рівнем відліку
Таким чином, знаючи масу об'єкта та його висоту над рівнем відліку, ми можемо визначити його потенційну енергію.