Wszechświat składa się z materii w różnych formach, a wszystkie formy materii zawierają energię. Różne formy energii na Ziemi pochodzą ze Słońca – ostatecznego źródła energii. Rośliny wychwytują energię świetlną ze Słońca i w procesie fotosyntezy przekształcają ją w energię chemiczną. Tę zmagazynowaną energię z roślin można wykorzystać na wiele sposobów. Na przykład spożywanie produktów roślinnych jako pożywienia dostarcza energii do funkcjonowania naszego organizmu, a spalanie drewna lub węgla (skamieniałe rośliny) generuje ciepło i energię elektryczną. Dlatego, ponieważ wszystkie zmiany materii pociągają za sobą zmiany energii, ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób energia przepływa z jednej formy do drugiej.
Energia jest definiowana jako zdolność do wykonywania pracy. Praca jest wykonywana, gdy siła przyłożona do obiektu powoduje, że obiekt porusza się przeciwko przeciwnej sile. Na przykład praca jest wykonywana, gdy stół jest przesuwany w poprzek pomieszczenia wbrew oporowi podłogi.
Energię można podzielić na dwa główne typy – energię potencjalną i energię kinetyczną. Energia potencjalna to energia związana ze względnym położeniem, składem lub stanem obiektu. Energia kinetyczna to energia związana z ruchem obiektu. Na przykład woda utrzymywana za zaporą posiada energię potencjalną ze względu na swoje położenie nad ziemią. Kiedy przepływa w dół przez generatory, zyskuje energię kinetyczną, którą można wykorzystać do wytworzenia energii elektrycznej w elektrowni wodnej.
Energia potencjalna jest również znana jako energia spoczynkowa lub energia zmagazynowana. Typowe rodzaje energii potencjalnej obejmują grawitacyjną energię potencjalną zmagazynowaną w jabłku zwisającym z drzewa, potencjalną energię elektryczną zmagazynowaną w obiekcie w wyniku przyciągania lub odpychania ładunków elektrycznych lub potencjalną energię chemiczną zmagazynowaną w wiązaniach między atomami i cząsteczkami. Dodatkowo energia jądrowa zmagazynowana w jądrze atomowym i energia sprężysta zmagazynowana w rozciągniętej sprężynie ze względu na jej konfigurację są rodzajami energii potencjalnej.
Zazwyczaj obiekty lub systemy o wysokiej energii potencjalnej są zwykle mniej stabilne, a zatem przesuwają się w kierunku niższych poziomów energii, aby osiągnąć stabilność. Na przykład radioaktywny pierwiastek uran-235 (U235) ma niestabilne jądro. Aby uzyskać stabilność, rozpada się na mniejsze, ale stabilne elementy i uwalnia zmagazynowaną energię jądrową. Ta uwolniona energia może być następnie wykorzystana do wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych.
Ilość energii kinetycznej obiektu zależy od jego masy i prędkości. Rozważmy dwie kule o różnych masach toczące się po pochyłej płaszczyźnie z tą samą prędkością. Cięższa piłka będzie miała większą energię kinetyczną. Podobnie, gdy dwie kule o tej samej masie toczą się po pochyłej płaszczyźnie z różnymi prędkościami, piłka, która porusza się szybciej, ma więcej energii kinetycznej.
Istnieją również różne formy energii kinetycznej, w tym energia mechaniczna, elektryczna, promieniująca, dźwiękowa i cieplna. Energia mechaniczna jest związana z ruchem obiektu. Im szybciej porusza się obiekt, tym więcej ma energii mechanicznej. Przykładowo, kula wystrzelona z pistoletu czy woda spływająca po tamie są przykładami energii mechanicznej. Energia elektryczna jest przypisywana przepływowi ładunków elektrycznych, co obserwuje się w przypadku uderzeń piorunów podczas burzy lub codziennych obwodów i urządzeń elektrycznych. Energia promieniowania to forma energii kinetycznej, która przemieszcza się w postaci fal elektromagnetycznych i może być doświadczana w postaci światła i ciepła. Światło słoneczne jest przykładem energii promieniowania.
Energia cieplna jest związana z losowym ruchem atomów i molekuł. Kiedy atomy i cząsteczki w obiekcie poruszają się lub wibrują szybko, mają wyższą średnią energię kinetyczną (KE) i mówi się, że obiekt jest “gorący”. Kiedy atomy i cząsteczki poruszają się powoli, mają niższą średnią KE, a obiekt jest określany jako “zimny”. W ten sposób energię cieplną można zaobserwować poprzez zmiany temperatury obiektu. Zakładając, że nie zachodzi żadna reakcja chemiczna ani zmiana fazy (taka jak topnienie lub parowanie), zwiększenie ilości energii cieplnej w próbce materii spowoduje wzrost jej temperatury. Podobnie, zakładając, że nie zachodzi żadna reakcja chemiczna ani zmiana fazy (taka jak kondensacja lub zamarzanie), zmniejszenie ilości energii cieplnej w próbce materii spowoduje spadek jej temperatury.
Energia może być przekształcana z jednej formy w drugą, ale całkowita energia obecna przed zmianą zawsze istnieje w jakiejś formie, nawet po zmianie. Obserwacja ta jest wyrażona jako prawo zachowania energii. Prawo zachowania energii mówi, że energia nie jest ani tworzona, ani niszczona, chociaż może być zmieniana w formie. W ten sposób całkowita energia systemu pozostaje stała. Na przykład energia chemiczna (rodzaj energii potencjalnej) jest przechowywana w cząsteczkach tworzących benzynę. Kiedy benzyna jest spalana w cylindrach silnika samochodu, szybko rozprężające się gazowe produkty tej reakcji chemicznej wytwarzają energię mechaniczną (rodzaj energii kinetycznej), gdy poruszają tłokami cylindra.
Ten tekst został zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 5.1: Podstawy energii.
Energia jest definiowana jako zdolność do wykonywania pracy. Praca jest definiowana jako odległość pokonana przez obiekt w odpowiedzi na przyłożoną siłę. Na przykład, gdy książka jest podnoszona z ziemi i kładziona na stole, praca jest wykonywana wbrew sile grawitacji.
Energia dzieli się na dwa główne typy – potencjalną i kinetyczną.
Energia potencjalna to energia związana z położeniem, składem lub stanem obiektu. Jest również znana jako energia w spoczynku lub energia zmagazynowana. Dla przykładu – książka trzymana nad ziemią na stole posiada energię potencjalną ze względu na swoją wysokość. Ta energia potencjalna pozostaje przechowywana w książce tak długo, jak długo jest ona utrzymywana w tej pozycji.
Różne formy energii potencjalnej obejmują grawitacyjną energię potencjalną, elektryczną energię potencjalną, chemiczną energię potencjalną, energię jądrową i energię sprężystą.
Grawitacyjna energia potencjalna jest najbardziej widoczną formą energii potencjalnej i zależy od względnego położenia obiektu pod wpływem pola grawitacyjnego. Dla przykładu, książka trzymana nad stołem ma w sobie zmagazynowaną grawitacyjną energię potencjalną.
Potencjalna energia elektryczna pochodzi z przyciągania lub odpychania ładunków elektrycznych, takich jak energia zmagazynowana wewnątrz kondensatora w obwodzie elektrycznym ma postać potencjalnej energii elektrycznej.
Chemiczna energia potencjalna to energia zmagazynowana w cząsteczkach. Na przykład suche drewno przechowuje chemiczną energię potencjalną, która jest uwalniana i przekształcana w inne formy energii podczas spalania drewna.
Energia jądrowa pochodzi z jądra atomowego… A energia sprężysta to energia zmagazynowana w obiekcie ze względu na jego konfigurację, taką jak rozciągnięta proca.
Energia kinetyczna to ta, która jest związana z ruchem obiektu. Na przykład, gdy książka spada ze stołu, jej energia potencjalna zostaje zamieniona na energię kinetyczną w wyniku jej ruchu.
Sama energia kinetyczna również występuje w różnych formach – a mianowicie energii mechanicznej, elektrycznej, cieplnej i promienistej.
Podczas gdy energia mechaniczna jest spowodowana mechanicznym ruchem obiektu, takiego jak poruszający się samochód, energia elektryczna jest tworzona przez przepływ ładunków elektrycznych, co widać w uderzeniach piorunów. Kiedy energia kinetyczna ma postać fal elektromagnetycznych, takich jak energia światła słonecznego, staje się energią promieniowania.
Energia cieplna to energia kinetyczna związana z ruchem atomów i cząsteczek w obiekcie. Gdy atomy i cząsteczki w obiekcie poruszają się lub wibrują szybko i częściej zderzają się ze sobą, temperatura obiektu wzrasta. Ciepło z palącego się płomienia jest przykładem energii cieplnej.
Odwrotnie dzieje się, gdy wibracje lub ruchy tych atomów i cząsteczek zwalniają. Mówi się wtedy, że obiekt jest zimny i ma niską energię cieplną – jak wtedy, gdy woda zamarza.
Wszystkie te różne formy ułatwiają przepływ energii z jednego rodzaju do drugiego lub z jednego obiektu do drugiego, aby wykonać pracę.
Prawo zachowania energii mówi, że energia nie jest ani tworzona, ani niszczona – tylko przekształca się z jednego rodzaju w drugi. Całkowita energia systemu pozostaje zatem zachowana.
Na przykład podczas łucznictwa strzała trzymana w rozciągniętym łuku zawiera elastyczną energię potencjalną. Kiedy łuk jest zwalniany, ta potencjalna energia zostaje zamieniona na energię kinetyczną strzały, a strzała jest napędzana, aby trafić w cel. Ponownie, całkowita energia pozostaje zachowana.
Related Videos
Introduction: Matter and Measurement
74.5K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
48.8K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
72.7K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
69.9K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
142.3K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
49.9K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
60.5K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
42.5K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
73.0K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
37.6K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
62.0K Wyświetlenia
Introduction: Matter and Measurement
44.3K Wyświetlenia