Благодаря своей общности, концепция эффективности позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения различные системы, такие как ядерные реакторы, генераторы и двигатели, тепловые электростанции, полупроводники и биологические объекты.
Единицы измерения энергии в Международной системе единиц
В Международной системе единиц (СИ) джоуль является единицей измерения энергии и работы. Исходя из механического определения работы:.
Джоуль — это работа ($ A $), совершаемая ньютоновской силой ($ \ надписью $) при перемещении точки силы ($ \ надписью $) на один метр.
Джоуль не является основной единицей системы СИ. Через основные единицы измерения джоуль может быть легко выражен с помощью механического определения проекта и соответствующей единицы измерения размера.
Те же размеры могут быть достигнуты с помощью определения энергии формы.
где $c$ — скорость света- $m$ — масса объекта. Из уравнения (2) следует, что
Таким образом, мы убедились, что джоуль — это единица энергии. Решение простой задачи помогает нам понять величину джоуля. Объект массой 2 кг движется со скоростью $ 1 $ \frac $. Какова его кинетическая энергия? Используйте это определение для расчета кинетической энергии нашего тела ($ E_k $).
Единицы измерения энергии в других системах единиц
В системе SGS (сантиметры, граммы и секунды) энергия (и работа) измеряется в эргах. Эрга выглядит следующим образом.
В технических расчетах единица энергии на метр (м) определяется как килограмм (кгм) или килограмм-сила (кгс): (кгсм). При этом учитывается:.
В тепловых расчетах в качестве единицы энергии часто используется калория. Калория определяется как.
Гигакалория (Гкал) используется в системах теплоснабжения, ЖКХ и отопления.
Энергия может быть выражена в киловатт-часах.
Эта единица измерения в основном используется в электроэнергетике.
В атомной и квантовой физике единица энергии используется как электронвольт (эВ). Он рассматривается следующим образом.
Электронвольт — это энергия, получаемая при движении частицы с электрической элементарной величиной (электронным зарядом) между точками поля с разницей в 1 В.
Примеры задач с решением
Задание. Количество тепла, выделившегося при полном сгорании угля массой $m = 400 кг. Измените ответ на калории.
Решение. Используйте следующее уравнение, чтобы найти количество тепла $(Q)$, выделяемого при сжигании угля.
Где $ r = 2,7 \ cdot ^ 7 \ frac $ — удельная теплота сгорания древесного угля. Можно сделать расчеты: $ r = 2,7 \ cdot ^ 7 \ frac $.
\ Q = 2,7 \ cdot ^ 7 \ cdot 1 = 2,7 \ cdot ^ 7 \ слева (J \ справа). \ cdot 1 = 2,7 \ cdot ^ 7 \ cdot ^ 7
Эта проблема решается в системе СИ. Использование коэффициентов:.
Переведите полученный результат в калории.
Ответ. $ Q = 6,4 \ cdot ^ 7$кал.
Работа. Рассчитайте количество энергии, необходимое для преобразования $ m =$100г воды, находящейся в паре, до температуры, равной $ t =$1000C. Запишите свой ответ в СГС.
Решение. Энергия $\(E)$, необходимая для превращения жидкости в пар, равна количеству тепла (Q), которое эта масса вещества должна иметь в процессе испарения.
Потери тепла следующие
где $\ lambda = 2,3 \ cdot ^ 6 \ frac $ — удельная теплоемкость воды. （ Вычислить необходимую энергию данных для (2.1) и (2.2).
Рассмотрим жесткую пружину. Начальная деформация пружины составляет. Предположим, что пружина деформирована до конечной величины деформации. Какова функция упругости пружины?
В чем измеряется энергия
В системе SO -Caled Called International Unit проекты, тепло и энергия измеряются и символизируются кувшинами. Единица измерения названа в честь работы английского естествоиспытателя Джеймса Джоуля. С другой стороны, в некоторых областях знаний калории используются для измерения энергии.
Джеймс Джоуль развил и усовершенствовал законы Ньютона, которые сыграли важную роль в определении видов механической энергии. В частности, он показал, что тепло является одним из видов энергии.
Связь между силой и энергией
Чтобы понять, что такое еврей, необходимо сначала обратиться к определению единицы силы, данному Ньютоном. Ньютон — это сила, способная разогнать массу весом 1 кг до скорости 1 метр в секунду. Джоуль — это количество затраченной энергии или работы. Таким образом, один джоуль эквивалентен одному ньютону энергии.
Когда речь идет об устройствах, используемых людьми дома, никого обычно не волнует, сколько энергии устройство потребляет в секунду. Самое главное — это скорость, с которой устройство поглощает энергию в час. Это называется «власть». Она может быть выражена в терминах типов:.
В частности, электричество является одним из видов энергии. Измеряется в ваттах. Ватт — это единица измерения мощности, названная в честь ученого Джеймса Ватта. Причину перехода ватта в джоуль могут выразить средства массовой информации.
1 ватт = 1 джоуль/1 секунда.
Энергия и мощность тесно связаны, но их не следует путать. Важно понимать, что мощность — это не сама энергия, а скорость, с которой энергия поглощается. С помощью алгебры можно выразить энергию в простых уравнениях.
Исходя из вышесказанного, 100-ваттная лампа может быть объявлена устройством, которое преобразует 100 электрических шуток в 100 шуток электромагнитного излучения (или света) каждую секунду. Если такая лампа работает в течение одного часа, то поглощенная энергия равна 360000 кувшинов. Это видно из формулы:.
Энергия = мощность * время = 100 джоулей/сек. * 3600 секунд = 360000 джоулей
Ватт — полезная единица измерения для электрических приборов. Например, его можно использовать для определения мощности лампы. Однако бывают ситуации, когда важно знать общее потребление энергии. Например, вам нужно рассчитать, сколько нужно заплатить за электроэнергию по вашему счету. На практике использование джоулей в качестве единицы измерения для расчета потребления энергии не очень полезно. Другая единица измерения — киловатты в час. Один киловатт энергии в час равен 1000 ватт, поглощенных за 60 минут. Это примерно столько же энергии, сколько требуется для работы обычного фена в течение часа.
Амперы и вольты также используются в электрических измерениях. Вольт — это единица измерения определенного количества энергии. Амперы используются для измерения электричества.
Если вектор силы образует тупой угол с вектором перемещения, то проект по-прежнему определяется уравнением (2). В этом случае проект является отрицательным.
Виды энергии править
- Механическая
- Электрическая
- Электромагнитная
- Химическая
- Ядерная
- Тепловая
- Вакуума
Все типы полей обладают энергией. На этой основе можно выделить электромагнитную (иногда разделяемую на электрическую и магнитную энергию), гравитационную и ядерную энергию (которая может быть разделена на слабую энергию и сильное взаимодействие).
В технике различают динамическую энергию (в более общем смысле — энергию взаимодействий друг с другом или с частями друг друга или с внешними полями) и кинетическую энергию (кинетическая энергия). Их сумма называется полной энергией.
Термодинамика изучает внутреннюю энергию и другую термодинамическую динамику.
Энергия взрыва может быть измерена в тротиловом эквиваленте.
В химии учитываются такие величины, как энергия связи и энтальпия, а измерение энергии связано с количеством вещества. См. также: химический потенциал.
Энергия в специальной теории относительности править
Энергия и масса править
Основная статья: эквивалентность энергии и массы Согласно специальной теории относительности, между массой и энергией существует взаимосвязь, выраженная знаменитой формулой Эйнштейна.
E = mc 2, где E — энергия системы, m — ее масса, а c — скорость света. Исторически были попытки рассматривать это выражение как полный эквивалент понятий энергии и массы, что привело, в частности, к появлению таких понятий, как релятивистская масса, но в современной физике это уравнение используется для описания массы неподвижного объекта (так называемой стационарной массы) и энергии, содержащейся в системе под действием внутреннего Она получается при понимании только энергии.
Энергия и импульс править
Специальная относительность рассматривает энергию как компонент кватернионного импульса (вектор кватернионного импульса). Сюда входят три пространственных компонента импульса вместе с энергией. Таким образом, было доказано, что энергия и импульс связаны и оказывают взаимное влияние при переходе от одной системы отсчета к другой.
Энергия в квантовой механике править
В квантовой механике значение энергии соответствует частоте, которая удваивается с течением времени. В частности, по фундаментальным причинам в принципе невозможно точно измерить изменения в системной энергии процесса, время выполнения которого ограничено. Это связано с тем, что система взаимодействует с измерительным прибором во время измерения, в ходе которого происходит обмен энергией с ним. Масштабы этого обмена в принципе невозможно контролировать. В серии измерений одного и того же процесса измеренные значения энергии будут отличаться, но среднее значение всегда определяется законом сохранения энергии. Это приводит к тому, что иногда называют сохранением средней энергии в квантовой механике.
В общей теории относительности время неоднородно, поэтому при попытке ввести понятие энергии возникают некоторые проблемы. В частности, оказывается невозможным определить энергию гравитационного поля как тензор, связанный с общим преобразованием координат.
В своей книге «Физические институты» (1740) маркиза Эмилия дю Шатле объединила идеи Лейбница с реальными наблюдениями Виллема Гравесанда, чтобы показать, что энергия движущегося объекта пропорциональна квадрату его массы и скорости (его собственная книга «Физические институты»). нет). скорость), как считал Исаак Ньютон.
В общей теории относительности
В общей теории относительности время неоднородно, поэтому при попытке ввести понятие энергии возникают некоторые проблемы. В частности, оказывается невозможным определить энергию гравитационного поля как тензор, связанный с общим преобразованием координат.
Внутренняя энергия (или энергия хаотического движения молекул) является наиболее «деградированным» видом энергии. Она не может быть преобразована в другие виды энергии без потерь (см. энтропия).
Физическая размерность
Размеры энергии E следующие.
| Описание | Формула |
|---|---|
| Силе, умноженной на длину | E ~ F · l |
| Давлению, умноженному на объём | E ~ P · V |
| Импульсу, умноженному на скорость | E ~ p · v |
| Массе, умноженной на квадрат скорости | E ~ m · v ² |
| Заряду, умноженному на напряжение | E ~ q · U |
| Мощности, умноженной на время | E ~ N · t |
В системе размеров LMT энергия имеет размерность
| Единица | Эквивалент | |||
|---|---|---|---|---|
| в Дж | в эрг | в межд. кал | в эВ | |
| 1 Дж | 1 | 10 7 | 0,238846 | 0,624146·10 19 |
| 1 эрг | 10 −7 | 1 | 2,38846·10 −8 | 0,624146·10 12 |
| 1 межд. Дж 1 | 1,00020 | 1,00020·10 7 | 0,238891 | 0,624332·10 19 |
| 1 кгс·м | 9,80665 | 9,80665·10 7 | 2,34227 | 6,12078·10 19 |
| 1 кВт·ч | 3,60000·10 6 | 3,60000·10 13 | 8,5985·10 5 | 2,24693·10 25 |
| 1 л·атм | 101,3278 | 1,013278·10 9 | 24,2017 | 63,24333·10 19 |
| 1 межд. кал (calЭто) | 4,1868 | 4,1868·10 7 | 1 | 2,58287·10 19 |
| 1 термохим. кал (калТХ.) | 4,18400 | 4,18400·10 7 | 0,99933 | 2,58143·10 19 |
| 1 электронвольт (эВ) | 1,60219·10 −19 | 1,60219·10 −12 | 3,92677·10 −20 | 1 |
Виды энергии
| Виды энергии : | |
|---|---|
| Механическая | |
| Электрическая | |
| Электромагнитная | |
| Химическая | |
| Ядерная | |
| ‹ ♦ › | Тепловая |
| Вакуума | |
| Предварительно:. | |
| Тёмная | |
В механике различают динамическую энергию (или, в более общем смысле, энергию взаимодействия объекта или его частей друг с другом или с внешним полем) и кинетическую энергию (кинетическая энергия). Их сумма называется полной динамической энергией.
Все типы полей обладают энергией. На этой основе можно выделить электромагнитную (иногда разделяемую на электрическую и магнитную энергию), гравитационную и ядерную энергию (которая может быть разделена на слабую энергию и сильное взаимодействие).
В химии учитываются такие величины, как энергия связи и энтальпия. Эти величины имеют энергетическое измерение, связанное с количеством материи. См. также: химический потенциал.
Кинетическая
Кинетическая энергия — это энергия механической системы, которая зависит от скорости точки ее движения. Часто различают кинетическую энергию образного и вращательного движения. Единицей измерения в системах СИ является джоуль. Более конкретно, кинетическая энергия — это разница между полной энергией системы и ее статической энергией. Таким образом, кинетическая энергия является частью полной энергии, обусловленной движением.
Потенциальная
Потенциальная энергия
Термин «потенциальная энергия» был введен в 19 веке шотландским инженером и физиком Уильямом Рэнкином. Единицей измерения энергии в СИ является джоуль. В зависимости от расположения объекта в пространстве потенциальная энергия считается равной нулю. Выбор зависит от удобства дальнейшего расчета. Процесс выбора такой конфигурации называется динамической нормализацией энергии.
Электромагнитная
Гравитационная
Гравитационная энергия — это потенциальная энергия системы объектов (частиц), обусловленная взаимным притяжением. Гравитационно-связанная система — система, в которой гравитационная энергия больше суммы всех других энергий (кроме статической). Принято считать, что в системе объектов на конечном расстоянии гравитационная энергия отрицательна, а на бесконечном расстоянии, т.е. для объектов без гравитационного взаимодействия, гравитационная энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной энергии и кинетической энергии, постоянна. Для изолированных систем гравитационная энергия является энергией связи. Система с положительной полной энергией не может быть стационарной.
Ядерная
Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в ядре атома, которая высвобождается в ядерных реакциях.
Энергия связи — энергия, необходимая для разделения ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи на нуклон не одинакова для разных химических элементов или для изотопов одного и того же химического элемента.
Внутренняя
Внутренняя энергия тела (обозначается E или U) представляет собой сумму энергии молекулярных взаимодействий и теплового движения молекул. Внутренняя энергия тела не может быть измерена напрямую. Внутренняя энергия является неоспоримой функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система находится в определенном состоянии, ее внутренняя энергия принимает значение, присущее этому состоянию, независимо от предыстории системы. В результате изменение внутренней энергии от одного состояния к другому всегда равно разности между значением конечного состояния и начального состояния, независимо от процесса перехода.
В некоторых проблемах энергосбережения веревки, используемые для перемещения определенных объектов, могут быть огромными (т.е. они не могут быть невесомыми, к чему уже можно привыкнуть). В этом случае необходимо также учитывать работу по перемещению этих канатов (т.е. их центра тяжести).
Энергия
Следуйте принципу «чем проще, тем лучше». Среди всех определений энергии можно выделить одно.
Энергия — это одно из фундаментальных свойств материи и мера ее способности совершать работу.
В классической механике энергия измеряется в джоулях, обычно обозначаемых буквой E.
И здесь мы плавно переходим к работе. Конечно, многие люди не любят работать — отдыхать гораздо приятнее. Но также читайте о работе.
Работа
Работа — это мера воздействия силы на тело или системы организма.
И работа, и энергия являются масштабируемыми физическими величинами. Как и энергия, работа в классической технике измеряется в джоулях.
Предположим, мы берем тележку с кирпичами (например, массой m кг) и толкаем ее с силой F, чтобы переместить все эти предметы на расстояние s. Затем мы считаем работу, совершенную тележкой (например, масса тележки равна m кг), в джоулях.
Работа, которую мы выполнили (а мы, безусловно, выполнили работу, даже если она не имеет смысла), затем рассчитывается с помощью уравнения, соответствующего инженерной работе.
Толкая коляску, мы получаем скорость v, которая дает нам энергию.
Кинетическая энергия кресла-коляски (кинетическая энергия) рассчитывается по следующему уравнению
При толкании или подталкивании детской коляски на холме высотой h выделяется потенциальная энергия. Это также можно легко рассчитать.
Кстати, все наши читатели получают 10% скидку на работы любого рода.
Работа не делается сама по себе. Работа выполняется за счет изменения энергии. Какова взаимосвязь между работой и энергией?
Например, работа силы тяжести равна изменению динамической энергии тела.
Существует теорема для кинетической энергии системы. Она гласит, что изменение кинетической энергии системы равно работе всех внутренних и внешних сил, действующих на тело системы.
Закон сохранения энергии
Закон сохранения энергии — это фундаментальный закон природы, который мы никогда не должны забывать.
Общее количество энергии в замкнутой физической системе не увеличивается и не уменьшается, а остается постоянным при переходе из одной формы в другую.
Например, если коляска катится вниз по склону, ее потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Силы трения (диффузионные) здесь не учитываются. В реальном мире инвалидное кресло самопроизвольно замедляется, но энергия не исчезает, а преобразуется в молекулярную внутреннюю энергию при трении колес о поверхность.
Закон сохранения энергии применим не только в контексте классической инженерии. Это закон, который распространяется на всю Вселенную. Вот что сказал Ричард Фейман о законе сохранения энергии
Это математический принцип, показывающий, что существует число, которое не меняется ни при каких обстоятельствах. Это не механизм или другое конкретное объяснение какого-либо явления … Вычислите число, спокойно наблюдайте, как природа выполняет один из своих трюков, и обратите внимание на тот странный факт, что это число можно пересчитать… -и он остается прежним.
