Зміст
Одним із основних законів Всесвіту є те, що енергія не створюється і не руйнується - вона лише змінює форми. Отже, існує багато формул енергії. Щоб зрозуміти, як ці формули є виразом одного і того ж, важливо спочатку зрозуміти, що означають фізики, коли вони говорять про енергію. Її поняття вкорінені в поняттях класичної фізики, про що роз'яснює сер Ісаак Ньютон.
Формула енергії руху - KE = .5 × m × v2 де KE - кінетична енергія в джоулях, m - маса в кілограмах, v - швидкість в метрах в секунду.
Сила і робота
Три закони руху Ньютона складають основу класичної фізики. Перший закон визначає силу як ту, яка викликає рух, а другий закон пов'язує силу, що діє на предмет, із прискоренням, яке він зазнає. Якщо сила (F) прискорює тіло на відстань (d), це виконує обсяг роботи (Вт), рівний силі, помноженій на відстань, кратну на коефіцієнт, що відповідає куту між ними (θ, грецька літера theta ). Як математичний вираз це означає W = F × d × (cos (θ)). Метричні одиниці для сили - це ньютони, ті, що знаходяться на відстані, - метри, а для роботи - ньютон-метри, або джоулі. Енергія - це працездатність, і вона також виражається в джоулях.
Кінетична та потенційна енергія
Об'єкт в русі володіє своєю енергією руху, що еквівалентно тій роботі, яка була б необхідна для приведення його в спокій. Це називається його кінетичною енергією, і це залежить від площі швидкості (v) об'єктів, а також від половини його маси (м). Математично це виражається як E (k) = (.5) × m × v2. Об'єкт, що знаходиться в спокої в гравітаційному полі Землі, володіє потенційною енергією в силу своєї висоти; якби воно вільно падало, воно набирало б кінетичну енергію, рівну цій потенційній енергії. Потенційна енергія залежить від маси предметів, його висоти (год) та прискорення за рахунок сили тяжіння (г). Математично це E (p) = m • h • g.
Електрична енергія
Розрахунок енергії в електричних системах залежить від величини струму, що проходить через провідник (I) в амперах, а також від електричного потенціалу або напруги (V), що приводить струм, у вольтах. Помноження цих двох параметрів дає потужність електричної енергії (P) у ватах, а множення P на час, протягом якого електроенергія тече (t) в секундах, дає кількість електричної енергії в системі, в джоулях. Математичний вираз для електричної енергії в провідниковій схемі дорівнює E (e) = P × t = V × I × t. Відповідно до цього відношення, залишаючи 100-ватну лампочку, що горить протягом однієї хвилини, витрачає 6000 джоулів енергії. Це еквівалентно кількості кінетичної енергії, яка мала б 1-кілограмова порода, якби ви опустили її з висоти 612 метрів (ігноруючи тертя повітря).
Деякі інші форми енергії
Світло, яке ми бачимо, - це електромагнітне явище, яке має енергію внаслідок коливань пакетів хвиль, званих фотонами. Німецький фізик Макс Планк визначив, що енергія фотона пропорційна частоті (f), з якою він вібрує, і він обчислив константу пропорційності (h), яку на його честь називають постійною Планка. Вираз для енергії фотона, таким чином, E (p) = h × f. Відповідно до теорії відносності Альберта Ейнштейна, кожна частинка речовини має властиву потенційній енергії, пропорційній масі частинок та квадрату швидкості світла (с). Відповідним виразом є E (m) = m × c2. Розрахунки Ейнштейна були підтверджені розробкою атомної бомби.