Что такое энергия

ЭНЁРГИЯ (от греч. ἐνέργεια — деятельность) (в физике) — общая мера различных форм движения материи. Имеются качественно различные физические формы движения материи, которые способны превращаться друг в друга.

Определение энергия

В середине 19 в. было установлено, что все эти формы движения превращаются друг в друга в строго определённых количественных отношениях; именно это обстоятельство и позволило ввести понятие об энергия как общей мере движения материи, т. е. позволило измерять различные физические формы движения материи единой мерой. Важность понятия «энергия» определяется тем, что она подчиняется закону сохранения.

Представление об энергия возникло в результате установления факта невозможности создания вечного двигателя. Было установлено, что работа может быть совершена только в результате определённых изменений окружающих тел или систем (горения топлива, падения воды и т. п.); работоспособность тела, т. е. способность его при переходе из одного состояния в другое совершать определённую работу, и была названа его энергия.

Виды энергии

В соответствии с различными формами физического движения говорят о различных видах энергия:

механической,

тепловой,

химической,

электрической,

электромагнитной,

гравитационной,

ядерной,

вакуумной.

Хотя именно благодаря способности движения материи к взаимным переходам на одной формы в другую эти разграничения имеют несколько условный характер.

Механическая энергия

Поскольку движение есть атрибут материи, то энергия всегда локализована в определённых материальных объектах, и любой материальный объект обладает энергией.

Механической энергией называют энергию перемещения и взаимодействия макроскопических (больших) тел.

Кинетическая энергия

Энергия, обусловленная скоростями тел, называется кинетической энергией.

В общем случае кинетическая энергия тела определяется как сумма кинетических энергий отдельных малых областей его, характеризуемых скоростями и массами.

Потенциальная энергия

Под потенциальной энергия понимают энергия взаимодействия между материальными телами.

Эта энергия зависит от взаимного расположения тел и описывается функцией координат. При изменениях относительных расстояний между телами силы, действующие между ними, совершают работу. При этом происходят взаимные превращения потенциальной и кинетической энергии Если полная механическая энергия системы сохраняется, то такая система называется консервативной.

Потенциальная энергия противопоставляется кинетической в том смысле, что последняя является энергия движения, а первая зависит лишь от взаимного расположения тел. Однако такое противопоставление при более глубоком анализе не вполне правильно. Дело в том, что потенциальная энергия также связана с материальными процессами, но в механике от них отвлекаются. Так, напр., энергия сжатого пара рассматривается в механике как потенциальная упругая энергия пара, тогда как по существу она является кинетической энергией молекул пара.

Другой пример: энергия взаимодействия покоящихся электрических зарядов рассматривается в механике как их взаимная потенциальная энергия, тогда как в действительности она является электростатическим полем, к-рое есть определённая форма материи.

Тепловая энергия

Тепловой энергией называют обычно энергия хаотического (теплового) движения атомов и молекул.

Эта связано с тем, что этим движением характеризуется температура тела. Однако теплообмен между телами сопровождается изменением не только кинетической энергией атомов и молекул, но и изменением их энергия взаимодействия (т. к. изменяется среднее расстояние между частицами тела).

Поэтому более точным термином является внутренняя энергия, которая представляет собой среднее значение кинетической и потенциальной энергия частиц, образующих данное тело.

Внутренняя энергия

Внутренняя энергия— функция состояния, и определяется термодинамическими параметрами — температурой, объёмом и т. д.

Химическая энергия

Химическая энергия связана с определённым химическим строением и составом тел.

При химических превращениях разность энергий начальных и коночных продуктов реакции выделяется или поглощается в виде других форм энергия Типичным примером служат процессы горения.

Электромагнитная энергия

Электромагнитная энергия — энергия электромагнитного поля, которое в современной физике рассматривается как особая форма, материи. Энергия поля распределена в пространстве.

Поэтому состояние поля в различных местах может быть охарактеризовано плотностью энергии, определяемой как энергия единицы объёма вблизи данной точки поля. 

Гравитационная энергия

Гравитационная энергия— энергия гравитационного поля; это поле по своей структуре отличается от поля электромагнитного, однако является также специфической формой материи.

Ядерная или атомная энергия

Ядерная энергия (обычно её называют атомной энергией) связана с определённым строением и составом ядер атомов.

При ядерных превращениях разность энергия ядер исходных и конечных изотопов выделяется обычно в виде кинетической энергии образующихся ядер и элементарных частиц, а также в форме электромагнитной энергия (гамма-лучи). В процессе развития физики понятие об энергия уточнялось и обобщалось.

Поток энергии

Важным этапом развития учения об энергия явилась разработка представления о движении энергия в непрерывных средах и введения понятия «потока энергия».

Потоком энергии называется вектор, равный произведению плотности энергия на скорость её перемещения в данной среде (вектор Умова, для электромагнитного поля — вектор Пойнтинга).

Квантование энергии

Развитие квантовой физики привело к выводу о возможности квантования энергии, т. е. к установлению того факта, что в некоторых случаях энергия системы может принимать только дискретный (прерывный) ряд значений. Это имеет место, напр., по отношению к энергии излучения, энергии колебаний и вращений микрочастиц. Квантование энергия выражает сложный характер движения микрообъектов и связано с атомистической природой материи. Большое значение в физике имеет установленная в теории относительности универсальная связь между энергией и массой. Поскольку это соотношение универсально, оно показывает, что даже в самых мельчайших микрочастицах всегда имеется определённого вида движение.

Особенно важное практическое значение получило это соотношение в связи с развитием ядерной энергетики, поскольку оно лежит в основе расчёта энергетического баланса ядерных реакций.

Единицы измерения энергии

Энергия измеряется в следующих единицах:

в системе СГС — в эргах,

в системе МКС — в джоулях,

в системе МТС — в килоджоулях,

в технической системе — в килограммометрах.