Tartalom
Az univerzum egyik alapvető törvénye, hogy az energiát sem nem teremtik meg, sem pusztítják el - csak a formákat változtatja meg. Következésképpen számos energiaképlet létezik. Annak megértése érdekében, hogy ezek a képletek miként jelentik ugyanazt a dolgot, fontos, hogy először megértsük, mit értenek a fizikusok, amikor energiáról beszélnek. A fogalma a klasszikus fizika fogalmaiban gyökerezik, amelyet Sir Isaac Newton tisztázott.
A mozgás energiájának képlete: KE = .5 × m × v2 ahol KE kinetikus energia džaulokban, m tömeg kilogrammban és v sebesség méterben másodpercenként.
Erő és munka
Newton három mozgási törvénye képezi a klasszikus fizika alapját. Az első törvény azt az erőt határozza meg, amely mozgást okoz, a második törvény az objektumra ható erőt pedig a felgyorsuláshoz kapcsolja. Ha egy erő (F) felgyorsítja a testet egy (d) távolságon keresztül, akkor egy olyan munkamennyiséget (W) egyenlő, amely meghaladja az erő szorzatát a távolság szorzata olyan tényezővel, amely a kettő közötti szöget tükrözi (θ, a görög theta levél ). Matematikai kifejezésként ez azt jelenti, hogy W = F × d × (cos (θ)). Az erő metrikus egységei newtonok, a távolságértékek méter, a munka mértékegységei pedig newtonmérők vagy džaulok. Az energia a munkavégzés képessége, és azt džaulokban is kifejezik.
Kinetikai és potenciális energia
A mozgásban lévő tárgy rendelkezik a mozgás energiájával, amely megegyezik azzal a munkával, amelyre a pihenéshez lenne szükség. Ezt nevezik kinetikus energiájának, és függ a tárgyak sebességének négyzetétől (v), valamint tömegének (m) felétől. Matematikailag ezt E (k) = (.5) × m × v kifejezéssel fejezzük ki2. A Föld gravitációs mezőjében nyugalomban lévő tárgy magassága miatt potenciális energiával rendelkezik; ha szabadon esne, kinetikus energiát nyerne azzal a potenciál energiával. A potenciális energia függ a tárgy tömegétől, annak magasságától (h) és a gravitáció által okozott gyorsulástól (g). Matematikailag ez E (p) = m • h • g.
Elektromos energia
Az energia kiszámítása az elektromos rendszerekben az (I) vezetéken amperben áramló árammennyiségtől, valamint az áramot meghajtó elektromos potenciáltól vagy (V) feszültségtől (V) függ. E két paraméter megszorozásával megkapjuk a villamos energia (P) teljesítményét wattban, és megszorozzuk P-t azzal az idõvel, amelyben a villamos áram (t) másodpercben megadja a rendszerben lévõ villamos energia mennyiségét, džaulokban. A vezető áramkörben az elektromos energia matematikai kifejezése E (e) = P × t = V × I × t. Ez a kapcsolat szerint ha egy 100 wattos villanykört egy percig ég, 6000 joule energiát költ. Ez megegyezik egy 1 kilogrammos kőzet kinetikus energiájával, ha 612 méter magasról esne le (figyelmen kívül hagyva a súrlódást).
Az energia néhány más formája
A látott fény egy elektromágneses jelenség, amelynek energiája van a hullámcsomagok fotonoknak nevezett rezgései miatt. Max Planck német fizikus megállapította, hogy a foton energiája arányos azzal a frekvenciával (f), amellyel rezeg, és kiszámította az arányosság állandóját (h), amelyet a tiszteletére Plancks-állandónak hívnak. A foton energia kifejezése tehát E (p) = h × f. Albert Einsteins relativitáselmélet szerint az anyag minden részecskéje rendelkezik a potenciális energiával, arányos a részecskék tömegével és a fénysebesség négyzetével (c). A releváns kifejezés E (m) = m × c2. Az Einstein számításait megerősítette az atombomba kifejlesztése.