에너지란 무엇인가?

우주는 서로 다른 형태로 물질로 구성되어 있으며, 모든 형태의 물질에는 에너지가 포함되어 있습니다.  지구상의 다양한 형태의 에너지는 태양―궁극의 에너지원에서 비롯됩니다. 식물은 태양으로부터 의 빛 에너지를 포착하고 광합성 과정을 통해 화학 에너지로 변환합니다. 식물의 이 저장된 에너지는 여러 가지 방법으로 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 식물 제품을 식품으로 섭취하면 우리 몸이 작동할 수 있는 에너지를 제공하고, 나무나 석탄(화석화된 식물)을 태우면 열과 전기가 생성됩니다. 따라서 모든 물질의 변화에는 에너지의 변화가 수반되기 때문에 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 어떻게 흐르는지 이해하는 것이 중요합니다.

에너지는 일을 할 수 있는 능력으로 정의됩니다. 오브젝트에 적용된 힘이 오브젝트가 반대 세력에 대해 이동하도록 하면 작업이 수행됩니다. 예를 들어 테이블이 바닥에서 저항에 대해 방을 가로질러 푸시될 때 작업이 수행됩니다.

에너지는 두 가지 주요 유형으로 그룹화 할 수 있습니다ï1/4 잠재적 인 에너지와 운동 에너지. 잠재적 에너지는 물체의 상대위치, 조성 또는 조건과 관련된 에너지이다. 운동 에너지는 물체의 움직임과 관련된 에너지이다. 예를 들어 댐 뒤에 있는 물은 지상의 위치 때문에 잠재적인 에너지를 보유하고 있습니다. 발전기를 통해 아래로 흐르면 운동 에너지를 얻으며, 이는 수력 발전소에서 전기를 생산하기 위해 작업할 수 있습니다.

잠재적 에너지

잠재적 인 에너지는 휴식 또는 저장된 에너지의 에너지라고도합니다. 일반적인 유형의 잠재적 에너지는 나무에 매달려 사과에 저장된 중력 잠재적 에너지, 전기 전하의 매력 또는 반발로 인해 물체에 저장된 전기 전위 에너지, 또는 원자와 분자 사이의 결합에 저장된 화학 적 잠재적 에너지가 포함됩니다. 또한 원자력 핵에 저장된 원자력 에너지와 그 구성으로 인해 뻗은 스프링에 저장된 탄성 에너지는 잠재적 인 에너지의 유형입니다.

일반적으로 잠재 에너지가 높은 물체 나 시스템은 안정성이 떨어지는 경향이 있으므로 안정성을 달성하기 위해 낮은 에너지 수준으로 이동합니다. 예를 들어, 방사성 원소 우라늄-235(U^235)는불안정한 핵을 가지고 있다. 안정성을 확보하기 위해 작지만 안정적인 원소로 분할되어 저장된 원자력 에너지를 방출합니다. 이 방출 된 에너지는 원자력 발전소에서 전기를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

운동 에너지

물체의 운동 에너지의 양은 질량과 속도에 따라 다릅니다. 같은 속도로 경사평면을 구르는 서로 다른 덩어리의 두 공을 생각해 본다. 무거운 공은 더 많은 운동 에너지를 가질 것입니다. 마찬가지로 동일한 질량의 두 개의 공이 경사 평면을 다른 속도로 굴러 내리면 빠르게 움직이는 공은 더 많은 운동 에너지를 가지고 있습니다.

기계적, 전기, 복사, 사운드 및 열 에너지를 포함하여 다양한 형태의 운동 에너지도 존재합니다. 기계적 에너지는 물체의 움직임과 연관됩니다. 물체가 더 빨리 움직일수록 기계적인 에너지가 더 많이 사용됩니다.  예를 들어, 댐 아래로 흐르는 총이나 물에서 발사된 총알은 기계 에너지의 예입니다. 전기 에너지는 뇌우 또는 일상적인 전기 회로 및 장치 동안 번개가 치는 경우에 관찰된 바와 같이 전기 요금의 흐름에 기인합니다. 복사 에너지는 전자파로 이동하고 빛과 열의 형태로 경험할 수있는 운동 에너지의 형태입니다. 햇빛은 빛나는 에너지의 예입니다.

열 에너지는 원자와 분자의 임의의 움직임과 관련이 있습니다. 물체의 원자와 분자가 빠르게 이동하거나 진동할 때 평균 운동 에너지(KE)가 높고 개체가 “뜨겁다”고 합니다. 원자와 분자가 천천히 움직일 때 평균 KE가 낮고 개체는 “감기”로 지정됩니다. 따라서, 열 에너지는 물체의 온도 변화를 통해 관찰될 수 있다. 화학 반응이나 위상 변화(예: 용융 또는 기화)가 발생하지 않는다고 가정하면 물질 샘플에서 열 에너지의 양을 늘리면 온도가 증가합니다. 마찬가지로, 화학 반응이나 위상 변화(예: 응축 또는 동결)가 발생하지 않는다고 가정하면 물질 샘플에서 열 에너지의 양을 줄이면 온도가 감소하게 됩니다.

에너지 보존의 법칙

에너지는 한 형태에서 다른 형태로 변환할 수 있지만 변경 전에 존재하는 총 에너지는 변경 후에도 항상 어떤 형태로 존재합니다. 이 관측은 에너지 보존의 법칙으로 표현된다. 에너지 보존법에 따르면 에너지는 만들어지거나 파괴되지는 않지만 형태로 변경될 수 있습니다. 따라서 시스템의 총 에너지는 일정하게 유지됩니다. 예를 들어, 화학 에너지(잠재적 에너지의 일종)는 가솔린을 구성하는 분자에 저장됩니다. 가솔린이 자동차 엔진의 실린더 내에서 연소되면, 이 화학 반응의 급속하게 확장되는 기체 제품은 실린더의 피스톤을 움직일 때 기계 에너지(운동 에너지의 일종)를 생성합니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 5.1: 에너지 기본에서 적용됩니다.