La energía es lo que hace posible la vida no solo en nuestro planeta, sino también en el Universo. Sin embargo, puede ser muy diferente. Entonces, el calor, el sonido, la luz, la electricidad, las microondas, las calorías son diferentes tipos de energía. Para todos los procesos que tienen lugar a nuestro alrededor, esta sustancia es necesaria. La mayor parte de la energía que existe en la Tierra la recibe del Sol, pero hay otras fuentes de la misma. El sol lo transfiere a nuestro planeta tanto como 100 millones de las centrales eléctricas más poderosas producirían al mismo tiempo.
¿Qué es la energía?
La teoría propuesta por Albert Einstein estudia la relación entre la materia y la energía. Este gran científico pudo probar la capacidad de una sustancia para convertirse en otra. Al mismo tiempo, resultó que la energía es el factor más importante en la existencia de los cuerpos y la materia es secundaria.
La energía es, en general, la capacidad de realizar algún trabajo. ella es la que representael concepto de una fuerza capaz de mover un cuerpo o darle nuevas propiedades. ¿Qué significa el término "energía"? La física es una ciencia fundamental a la que muchos científicos de diferentes épocas y países dedicaron su vida. Incluso Aristóteles usó la palabra "energía" para referirse a la actividad humana. Traducido del idioma griego, "energía" es "actividad", "fuerza", "acción", "poder". La primera vez que esta palabra apareció en un tratado de un científico griego llamado "Física".
En el sentido ahora generalmente aceptado, este término fue acuñado por el físico inglés Thomas Young. Este evento trascendental tuvo lugar en 1807. En los años 50 del siglo XIX. el mecánico inglés William Thomson fue el primero en utilizar el concepto de "energía cinética", y en 1853 el físico escocés William Rankin introdujo el término "energía potencial".
Hoy esta cantidad escalar está presente en todas las ramas de la física. Es una medida única de varias formas de movimiento e interacción de la materia. En otras palabras, es una medida de la transformación de una forma en otra.
Medidas y designaciones
La cantidad de energía se mide en julios (J). Esta unidad especial, dependiendo del tipo de energía, puede tener diferentes designaciones, por ejemplo:
- W es la energía total del sistema.
- Q - térmica.
- U – potencial.
Tipos de energía
Hay muchos tipos diferentes de energía en la naturaleza. Los principales son:
- mecánica;
- electromagnético;
- eléctrico;
- química;
- térmica;
- nuclear (atómico).
Hay otros tipos de energía: luminosa, sonora, magnética. En los últimos años, un número cada vez mayor de físicos se inclinan por la hipótesis de la existencia de la llamada energía "oscura". Cada uno de los tipos de esta sustancia enumerados anteriormente tiene sus propias características. Por ejemplo, la energía del sonido se puede transmitir mediante ondas. Contribuyen a la vibración de los tímpanos en el oído de personas y animales, gracias a los cuales se pueden escuchar los sonidos. En el curso de diversas reacciones químicas, se libera la energía necesaria para la vida de todos los organismos. Cualquier combustible, alimento, acumuladores, baterías son el almacenamiento de esta energía.
Nuestra estrella le da energía a la Tierra en forma de ondas electromagnéticas. Sólo de esta manera puede superar las extensiones del Cosmos. Gracias a la tecnología moderna, como los paneles solares, podemos aprovecharla al máximo. El exceso de energía no utilizada se acumula en instalaciones especiales de almacenamiento de energía. Junto con los tipos anteriores de energía, fuentes termales, ríos, flujos y reflujos oceánicos, los biocombustibles se utilizan a menudo.
Energía mecánica
Este tipo de energía se estudia en la rama de la física llamada "Mecánica". Se denota con la letra E. Se mide en julios (J). ¿Qué es esta energía? La física de la mecánica estudia el movimiento de los cuerpos y su interacción entre sí o con campos externos. En este caso, la energía debida al movimiento de los cuerpos se llamacinética (denotada por Ek), y la energía debida a la interacción de cuerpos o campos externos se llama potencial (Ep). La suma de movimiento e interacción es la energía mecánica total del sistema.
Hay una regla general para calcular ambos tipos. Para determinar la cantidad de energía, es necesario calcular el trabajo requerido para transferir el cuerpo del estado cero a este estado. Además, cuanto más trabajo, más energía tendrá el cuerpo en este estado.
Separación de especies según diferentes criterios
Hay varios tipos de energía compartida. Según varios criterios, se divide en: externa (cinética y potencial) e interna (mecánica, térmica, electromagnética, nuclear, gravitacional). La energía electromagnética, a su vez, se divide en magnética y eléctrica, y la energía nuclear se divide en energía de interacciones débiles y fuertes.
Cinética
Cualquier cuerpo en movimiento se distingue por la presencia de energía cinética. A menudo se le llama así: conducir. La energía de un cuerpo en movimiento se pierde cuando frena. Por lo tanto, cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la energía cinética.
Cuando un cuerpo en movimiento entra en contacto con un objeto inmóvil, una parte del cinético se transfiere a este último, poniéndolo en movimiento. La fórmula de la energía cinética es la siguiente:
En palabras, esta fórmula se puede expresar de la siguiente manera: la energía cinética de un objeto esla mitad del producto de su masa por el cuadrado de su velocidad.
Potencial
Este tipo de energía la poseen los cuerpos que se encuentran en algún tipo de campo de fuerza. Entonces, magnético ocurre cuando un objeto está bajo la influencia de un campo magnético. Todos los cuerpos en la tierra tienen energía gravitatoria potencial.
Dependiendo de las propiedades de los objetos de estudio, pueden tener diferentes tipos de energía potencial. Entonces, los cuerpos elásticos y elásticos que pueden estirarse, tienen la energía potencial de elasticidad o tensión. Cualquier cuerpo que cae y que antes estaba inmóvil pierde potencial y adquiere cinética. En este caso, el valor de estos dos tipos será equivalente. En el campo gravitatorio de nuestro planeta, la fórmula de la energía potencial se verá así:
En palabras, esta fórmula se puede expresar de la siguiente manera: la energía potencial de un objeto que interactúa con la Tierra es igual al producto de su masa, la aceleración de la gravedad y la altura a la que se encuentra.
Este valor escalar es una característica de la reserva de energía de un punto material (cuerpo) ubicado en un campo de fuerza potencial y utilizado para adquirir energía cinética debido al trabajo de las fuerzas del campo. A veces se le llama función de coordenadas, que es un término en Langrangian del sistema (la función de Lagrange de un sistema dinámico). Este sistema describe su interacción.
La energía potencial se iguala a cero parauna determinada configuración de los cuerpos situados en el espacio. La elección de la configuración está determinada por la conveniencia de los cálculos posteriores y se denomina "normalización de la energía potencial".
La ley de conservación de la energía
Uno de los postulados más básicos de la física es la ley de conservación de la energía. Según él, la energía no aparece de ningún lado y no desaparece de ningún lado. Cambia constantemente de una forma a otra. En otras palabras, solo hay un cambio en la energía. Así, por ejemplo, la energía química de la batería de una linterna se convierte en energía eléctrica, y de ella en luz y calor. Varios electrodomésticos convierten la energía eléctrica en luz, calor o sonido. Muy a menudo, el resultado final del cambio es el calor y la luz. Después de eso, la energía pasa al espacio circundante.
La ley de la energía puede explicar muchos fenómenos físicos. Los científicos argumentan que su volumen total en el universo permanece constantemente sin cambios. Nadie puede crear energía de nuevo o destruirla. Desarrollando uno de sus tipos, las personas usan la energía del combustible, el agua que cae, un átomo. Al mismo tiempo, una de sus formas se convierte en otra.
En 1918, los científicos pudieron demostrar que la ley de conservación de la energía es una consecuencia matemática de la simetría traslacional del tiempo: el valor de la energía conjugada. En otras palabras, la energía se conserva debido al hecho de que las leyes de la física no difieren en diferentes momentos.
Características energéticas
La energía es la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo. en cerradosistemas físicos, se conserva durante todo el tiempo (siempre que el sistema esté cerrado) y es una de las tres integrales aditivas de movimiento que conservan el valor durante el movimiento. Estos incluyen: energía, momento angular, momento. La introducción del concepto de "energía" es adecuada cuando el sistema físico es homogéneo en el tiempo.
Energía interna de los cuerpos
Es la suma de las energías de las interacciones moleculares y los movimientos térmicos de las moléculas que la componen. No se puede medir directamente porque es una función inequívoca del estado del sistema. Cada vez que un sistema se encuentra en un estado dado, su energía interna tiene su valor inherente, independientemente de la historia de la existencia del sistema. El cambio de energía interna durante la transición de un estado físico a otro es siempre igual a la diferencia entre sus valores en los estados final e inicial.
Energía interna del gas
Además de los sólidos, los gases también tienen energía. Representa la energía cinética del movimiento térmico (caótico) de las partículas del sistema, que incluyen átomos, moléculas, electrones, núcleos. La energía interna de un gas ideal (un modelo matemático de un gas) es la suma de las energías cinéticas de sus partículas. Esto tiene en cuenta el número de grados de libertad, que es el número de variables independientes que determinan la posición de la molécula en el espacio.
Uso de energía
Cada año la humanidad consume más y más recursos energéticos. Más a menudo para la energía,necesarios para la iluminación y calefacción de nuestros hogares, el funcionamiento de los vehículos y diversos mecanismos, se utilizan hidrocarburos fósiles como el carbón, el petróleo y el gas. Son recursos no renovables.
Desafortunadamente, solo una pequeña fracción de la energía de nuestro planeta proviene de recursos renovables como el agua, el viento y el sol. Hasta la fecha, su participación en el sector energético es solo del 5%. Otro 3% de personas lo reciben en forma de energía nuclear producida en centrales nucleares.
Los recursos no renovables tienen las siguientes reservas (en julios):
- energía nuclear - 2 x 1024;
- energía de gas y petróleo – 2 x 10 23;
- calor interno del planeta - 5 x 1020.
Valor anual de los recursos renovables de la Tierra:
- energía solar - 2 x 1024;
- viento - 6 x 1021;
- ríos - 6, 5 x 1019;
- mareas marinas - 2,5 x 1023.
Solo con una transición oportuna del uso de las reservas de energía no renovables de la Tierra a las renovables, la humanidad tiene la oportunidad de una existencia larga y feliz en nuestro planeta. Para implementar desarrollos de vanguardia, los científicos de todo el mundo continúan estudiando cuidadosamente las diversas propiedades de la energía.
