L'énergie est ce qui rend la vie possible non seulement sur notre planète, mais aussi dans l'Univers. Cependant, cela peut être très différent. Ainsi, la chaleur, le son, la lumière, l'électricité, les micro-ondes, les calories sont différents types d'énergie. Pour tous les processus qui se déroulent autour de nous, cette substance est nécessaire. La majeure partie de l'énergie qui existe sur Terre provient du Soleil, mais il en existe d'autres sources. Le soleil le transfère sur notre planète autant que 100 millions des centrales électriques les plus puissantes en produiraient en même temps.
Qu'est-ce que l'énergie ?
La théorie avancée par Albert Einstein étudie la relation entre la matière et l'énergie. Ce grand scientifique a pu prouver la capacité d'une substance à se transformer en une autre. Dans le même temps, il s'est avéré que l'énergie est le facteur le plus important dans l'existence des corps et que la matière est secondaire.
L'énergie est, en gros, la capacité de faire un travail. C'est elle qui représentele concept d'une force capable de déplacer un corps ou de lui donner de nouvelles propriétés. Que signifie le terme « énergie » ? La physique est une science fondamentale à laquelle de nombreux scientifiques d'époques et de pays différents ont consacré leur vie. Même Aristote a utilisé le mot "énergie" pour désigner l'activité humaine. Traduit du grec, "énergie" est "activité", "force", "action", "puissance". La première fois que ce mot est apparu dans un traité d'un scientifique grec appelé "Physique".
Au sens maintenant généralement accepté, ce terme a été inventé par le physicien anglais Thomas Young. Cet événement mémorable a eu lieu en 1807. Dans les années 50 du XIXème siècle. le mécanicien anglais William Thomson fut le premier à utiliser le concept d'"énergie cinétique", et en 1853 le physicien écossais William Rankin introduisit le terme "énergie potentielle".
Aujourd'hui cette grandeur scalaire est présente dans toutes les branches de la physique. C'est une mesure unique de diverses formes de mouvement et d'interaction de la matière. En d'autres termes, c'est une mesure de la transformation d'une forme en une autre.
Mesures et désignations
La quantité d'énergie est mesurée en joules (J). Cette unité spéciale, selon le type d'énergie, peut avoir différentes désignations, par exemple:
- W est l'énergie totale du système.
- Q - thermique.
- U – potentiel.
Types d'énergie
Il existe de nombreux types d'énergie dans la nature. Les principaux sont:
- mécanique;
- électromagnétique;
- électrique;
- chimique;
- thermique;
- nucléaire (atomique).
Il existe d'autres types d'énergie: lumineuse, sonore, magnétique. Depuis quelques années, un nombre croissant de physiciens s'inclinent vers l'hypothèse de l'existence de l'énergie dite « noire ». Chacun des types précédemment énumérés de cette substance a ses propres caractéristiques. Par exemple, l'énergie sonore peut être transmise par ondes. Ils contribuent à la vibration des tympans dans l'oreille des personnes et des animaux, grâce à laquelle les sons peuvent être entendus. Au cours de diverses réactions chimiques, l'énergie nécessaire à la vie de tous les organismes est libérée. Tous les carburants, aliments, accumulateurs, batteries sont le stockage de cette énergie.
Notre étoile donne à la Terre de l'énergie sous forme d'ondes électromagnétiques. Ce n'est qu'ainsi qu'il pourra vaincre les étendues du Cosmos. Grâce à la technologie moderne, comme les panneaux solaires, nous pouvons l'utiliser au mieux. L'énergie excédentaire non utilisée est accumulée dans des installations spéciales de stockage d'énergie. Outre les types d'énergie ci-dessus, les sources thermales, les rivières, les flux et reflux des océans, les biocarburants sont souvent utilisés.
Énergie mécanique
Ce type d'énergie est étudié dans la branche de la physique appelée "Mécanique". Il est désigné par la lettre E. Il est mesuré en joules (J). Quelle est cette énergie ? La physique de la mécanique étudie le mouvement des corps et leur interaction entre eux ou avec des champs extérieurs. Dans ce cas, l'énergie due au mouvement des corps est appeléecinétique (notée Ek), et l'énergie due à l'interaction des corps ou des champs extérieurs est appelée potentiel (Ep). La somme du mouvement et de l'interaction est l'énergie mécanique totale du système.
Il existe une règle générale pour calculer les deux types. Pour déterminer la quantité d'énergie, il est nécessaire de calculer le travail nécessaire pour transférer le corps de l'état zéro à cet état. De plus, plus il y a de travail, plus le corps aura d'énergie dans cet état.
Séparation des espèces selon différents critères
Il existe plusieurs types de partage d'énergie. Selon divers critères, il est divisé en: externe (cinétique et potentiel) et interne (mécanique, thermique, électromagnétique, nucléaire, gravitationnel). L'énergie électromagnétique, à son tour, est divisée en énergie magnétique et électrique, et l'énergie nucléaire est divisée en énergie d'interactions faibles et fortes.
Cinétique
Tous les corps en mouvement se distinguent par la présence d'énergie cinétique. On l'appelle souvent cela - conduire. L'énergie d'un corps en mouvement est perdue lorsqu'il ralentit. Ainsi, plus la vitesse est rapide, plus l'énergie cinétique est grande.
Lorsqu'un corps en mouvement entre en contact avec un objet immobile, une partie de l'objet cinétique est transférée à ce dernier, le mettant en mouvement. La formule de l'énergie cinétique est la suivante:
En mots, cette formule peut être exprimée comme suit: l'énergie cinétique d'un objet estla moitié du produit de sa masse par le carré de sa vitesse.
Potentiel
Ce type d'énergie est possédé par des corps qui se trouvent dans une sorte de champ de force. Ainsi, le magnétique se produit lorsqu'un objet est sous l'influence d'un champ magnétique. Tous les corps sur terre ont une énergie gravitationnelle potentielle.
Selon les propriétés des objets d'étude, ils peuvent avoir différents types d'énergie potentielle. Ainsi, les corps élastiques et élastiques capables de s'étirer ont l'énergie potentielle d'élasticité ou de tension. Tout corps qui tombait et qui était auparavant immobile perd du potentiel et acquiert une cinétique. Dans ce cas, la valeur de ces deux types sera équivalente. Dans le champ gravitationnel de notre planète, la formule d'énergie potentielle ressemblera à ceci:
En mots, cette formule peut être exprimée comme suit: l'énergie potentielle d'un objet interagissant avec la Terre est égale au produit de sa masse, de l'accélération de la gravité et de la hauteur à laquelle il se trouve.
Cette valeur scalaire est une caractéristique de la réserve d'énergie d'un point matériel (corps) situé dans un champ de force potentielle et utilisée pour acquérir l'énergie cinétique due au travail des forces du champ. Parfois, on l'appelle la fonction coordonnée, qui est un terme du Langrangien du système (la fonction de Lagrange d'un système dynamique). Ce système décrit leur interaction.
L'énergie potentielle est égale à zéro pourune certaine configuration de corps situés dans l'espace. Le choix de la configuration est déterminé par la commodité des calculs ultérieurs et est appelé "normalisation de l'énergie potentielle".
La loi de la conservation de l'énergie
L'un des postulats les plus fondamentaux de la physique est la loi de conservation de l'énergie. Selon lui, l'énergie n'apparaît de nulle part et ne disparaît nulle part. Il change constamment d'une forme à l'autre. En d'autres termes, il n'y a qu'un changement d'énergie. Ainsi, par exemple, l'énergie chimique d'une pile de lampe de poche est convertie en énergie électrique, puis en lumière et en chaleur. Divers appareils électroménagers transforment l'énergie électrique en lumière, en chaleur ou en son. Le plus souvent, le résultat final du changement est la chaleur et la lumière. Après cela, l'énergie va dans l'espace environnant.
La loi de l'énergie peut expliquer de nombreux phénomènes physiques. Les scientifiques affirment que son volume total dans l'univers reste constamment inchangé. Personne ne peut recréer de l'énergie ou la détruire. En développant l'un de ses types, les gens utilisent l'énergie du carburant, de l'eau qui tombe, d'un atome. En même temps, l'une de ses formes se transforme en une autre.
En 1918, les scientifiques ont pu prouver que la loi de conservation de l'énergie est une conséquence mathématique de la symétrie translationnelle du temps - la valeur de l'énergie conjuguée. En d'autres termes, l'énergie est conservée du fait que les lois de la physique ne diffèrent pas à des moments différents.
Caractéristiques énergétiques
L'énergie est la capacité d'un corps à travailler. En fermésystèmes physiques, il est conservé tout au long du temps (tant que le système est fermé) et est l'une des trois intégrales additives du mouvement qui conservent la valeur pendant le mouvement. Ceux-ci incluent: l'énergie, le moment cinétique, le moment. L'introduction de la notion d'"énergie" est appropriée lorsque le système physique est homogène dans le temps.
Énergie interne des corps
C'est la somme des énergies des interactions moléculaires et des mouvements thermiques des molécules qui la composent. Elle ne peut pas être mesurée directement car elle est une fonction non ambiguë de l'état du système. Chaque fois qu'un système se trouve dans un état donné, son énergie interne a sa valeur inhérente, quelle que soit l'histoire de l'existence du système. La variation de l'énergie interne lors du passage d'un état physique à un autre est toujours égale à la différence entre ses valeurs dans les états final et initial.
Énergie interne du gaz
En plus des solides, les gaz ont aussi de l'énergie. Il représente l'énergie cinétique du mouvement thermique (chaotique) des particules du système, qui comprend des atomes, des molécules, des électrons, des noyaux. L'énergie interne d'un gaz parfait (un modèle mathématique d'un gaz) est la somme des énergies cinétiques de ses particules. Cela prend en compte le nombre de degrés de liberté, qui est le nombre de variables indépendantes qui déterminent la position de la molécule dans l'espace.
Consommation d'énergie
Chaque année, l'humanité consomme de plus en plus de ressources énergétiques. Le plus souvent pour l'énergie,nécessaires à l'éclairage et au chauffage de nos habitations, au fonctionnement des véhicules et de divers mécanismes, les hydrocarbures fossiles tels que le charbon, le pétrole et le gaz sont utilisés. Ce sont des ressources non renouvelables.
Malheureusement, seule une infime partie de l'énergie de notre planète provient de ressources renouvelables telles que l'eau, le vent et le soleil. À ce jour, leur part dans le secteur de l'énergie n'est que de 5 %. 3 % supplémentaires de personnes reçoivent sous la forme d'énergie nucléaire produite dans des centrales nucléaires.
Les ressources non renouvelables ont les réserves suivantes (en joules):
- énergie nucléaire - 2 x 1024;
- énergie gaz et pétrole – 2 x 10 23;
- chaleur interne de la planète - 5 x 1020.
Valeur annuelle des ressources renouvelables de la Terre:
- énergie solaire - 2 x 1024;
- vent - 6 x 1021;
- rivières - 6, 5 x 1019;
- marées de la mer - 2,5 x 1023.
Ce n'est qu'avec une transition opportune de l'utilisation des réserves d'énergie non renouvelables de la Terre vers des réserves renouvelables que l'humanité a une chance de vivre une existence longue et heureuse sur notre planète. Pour mettre en œuvre des développements de pointe, les scientifiques du monde entier continuent d'étudier attentivement les différentes propriétés de l'énergie.
