Phyx 103-0, Energie

Primul lucru pe care trebuie să-l facem este să ne definim termenii. Forța, energia și puterea sunt toate legate între ele în moduri foarte specifice. Amintindu-ne că accelerația este definită ca rata de schimbare a vitezei, sau a = v/t, ne oferă următorul tabel:

energia radiantă

Cantitate Definiție Unități Nume unitate Abreviere
forta = ma kg m/s 2 Newton N
energie = Fd kg m 2/s 2 joule .
putere = E/t kg m 2/s 3 watt W

Sau exprimat în cuvinte, energia este forța care acționează la distanță, iar puterea este energia consumată pe secundă. Un joule este cantitatea de energie necesară pentru a exercita o forță de un newton printr-un metru. De exemplu, dacă ridicați o greutate de un kilogram cu un metru, atunci energia pe care trebuie să o cheltuiți este:

E = Fd = (ma) d = mgd = (1 kg) (9.8m/s 2) (1 m) = 9.8 kg m/s 2 = 9.8 jouli .

O definiție alternativă a energiei, caloria, este definită ca cantitatea de energie termică necesară pentru creșterea temperaturii de 1 gm de apă cu 1 ° C. (A fost un moment în care oamenii nu și-au dat seama că energia termică și energia mecanică sunt într-adevăr una și aceeași, așa că au creat definiții separate pentru ei.) Măsurătorile termodinamice ne spun că o singură calorie = 4.186 joule.

În loc să folosească jouli, „kilowatt-ora” este utilizat în mod obișnuit de industria electrică ca unitate de energie. (Kw-hr NU este o unitate de putere. În ciuda faptului că are termenul de putere „watt” în numele său, kw-hr este o unitate de energie. Deoarece puterea = energie/timp, este de asemenea adevărat că energia = putere X timp.) Un kw-oră este o cantitate convenabilă în industria electrică, deoarece este echivalentul energetic al funcționării unui aparat de un kilowat timp de o oră. Conversia unui kilowatt-oră în jouli este doar:

kilowatt-oră = (1000 J/s) X (60 min/oră) (60 sec/min) = 3.600.000 J


Formă misterioasă de energie extraterestră?


Forme de energie

Energia este un concept misterios, nu în ultimul rând pentru că vine în multe chipuri. Iată o listă a formelor comune:

energia cinetică - energia corpurilor în mișcare. Formula pentru energia cinetică este:

unde K = constanta arcului (unități de N/m), x 0 = poziția de echilibru a arcului și x = distanța arcului a fost întins sau comprimat.

unde m = masa moleculei de gaz (presupunem că gazul conține un singur tip de moleculă), v = viteza medie a moleculelor, k B = constanta lui Boltzmann = și T = temperatura în K °.

unde dQ = modificarea căldurii, c este capacitatea specifică de căldură în cal/gm K ° și dT = schimbarea temperaturii (fie în C °, fie în K °).

energie chimică - energia asociată cu ruperea sau realizarea legăturilor atomice, adică cu transformările chimice.

căldură latentă - energia necesară topirii solidelor sau fierberii lichidelor. Această energie este oarecum similară cu energia chimică, deoarece este energia asociată cu ruperea sau realizarea legăturilor moleculare, mai degrabă decât legăturile atomice. Energia totală (căldura) necesară pentru a topi un solid sau a fierbe un lichid este doar Q = mL, unde m este masa lichidului sau solidului și L este factorul de căldură latent (dat fie în J, fie în cal pe kg) de topirea sau fierberea.

energie potențială gravitațională - energia dobândită sau pierdută de corpuri pe măsură ce sunt deplasate într-un câmp gravitațional. Pentru obiectele foarte apropiate de Pământ, energia potențială gravitațională este dată de E = mgh, unde m este masa obiectului, g este accelerația gravitației (9,8 m/s 2) și h este înălțimea la care se află obiectul ridicat.

energie electromagnetică - energia conținută în câmpurile electromagnetice. Exemple obișnuite includ electricitatea casnică, câmpul din jurul unui magnet și electricitatea statică. Pentru electricitatea de uz casnic, energia disipată de un circuit este E = IVt, unde I este curentul (în amperi), V este tensiunea și t este timpul (în secunde) pe care curge curentul.

energie radiantă - energia undelor radio, a microundelor, a luminii în infraroșu, a luminii vizibile, a razelor UV, a razelor X și a razelor gamma. Totul degajă energie radiantă, într-o oarecare măsură. Cantitatea totală de energie dată ca energie radiantă de orice obiect este de aproximativ: