Надо Знать

добавить знаний



Энергия



План:


Введение

Молния является одной из форм передачи энергии
Паровые двигатели преобразуют тепло в механическую энергию ..

Энергия (от греч. ενεργός - Деятельный) - общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает из ничего и никуда не исчезает, она может только переходить из одного вида в другой ( закон сохранения энергии). Понятие энергии связывает все явления природы в одно целое, является общей характеристикой состояния физических тел и физических полей.

Вследствие существования закона сохранения энергии понятие "энергия" связывает все явления природы.

Понятие энергии связано со способностью тела или системы выполнить работу. При этом тело или система частично теряет энергию, расходуя ее на изменения в окружающих телах.


1. Обозначение и единицы измерения

Динамо преобразует механическую энергию в электрическую.
Огонь превращает химическую энергию в тепловую.

В физике энергия обычно обозначается латинской буквой E.

В СИ энергия измеряется в джоулях. В системе СГС - в эргах. Кроме этих основных единиц измерения на практике используется очень много других удобных при конкретном застовуванни единиц. В атомной и ядерной физиках а также в физике элементарных частиц энергию измеряют электрон-вольтами, в химии калориями, в физике твердого тела градусами Кельвина, в спектроскопии обращенными сантиметрами, в квантовой химии в Гартри.


2. Виды энергии

Согласно различных форм движения материи, различают несколько типов энергии: механическая, электромагнитная, химическая, ядерная, тепловая, гравитационная и др.. Это разделение достаточно условно. Так химическая энергия состоит из кинетической энергии движения электронов, их взаимодействия и взаимодействия с атомами.

Кроме того, различают энергию внутреннюю и энергию в поле внешних сил. Внутренняя энергия равна сумме кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии взаимодействия молекул между собой. Внутренняя энергия изолированной системы является постоянной.

В различных физических процессах различные виды энергии могут превращаться друг в другой. Например, ядерная энергия в атомных электростанциях превращается сначала во внутреннюю тепловую энергию пары, которая вращает турбины (механическая энергия), в свою очередь индуцируют электрический ток в генераторах (электрическая энергия), который используется для освещения (энергия электромагнитного поля) и т.д.

Энергия системы однозначно зависит от параметров, характеризующих ее состояние. В случае непрерывного среды вводят понятие плотности энергии - энергия в единице объема, и плотности потока энергии, равная произведению плотности энергии на скорость ее перемещения.

Томас Янг. Первым применил термин энергия. В Украине более известный как Томас Юнг.
Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц, немецкий физик, физиолог и психолог

3. История

Понятие энергии состояло в физике в течение многих веков. Его понимание все время менялось. Впервые термин энергия в современном физическом смысле применил в 1808 году Томас Янг. К тому употреблялся термин "жизненная сила" ( лат. vis viva ), Который еще в 17-м веке ввел в обращение Лейбниц, определив его как произведение массы на квадрат скорости.
В 1829 году Кориолис впервые применил термин кинетическая энергия в современном смысле, а срок потенциальная энергия был введен Уильямом Рэнкин в 1853 году. В то время полученные в исследованиях в различных областях науки данные начали складываться в общую картину. Благодаря опытам Джоуля, Майера, Гельмгольца прояснилось вопросы преобразования механической энергии в тепловую. В одной из первых работ О сохранении силы" (1847) Гельмгольц, следуя идее единства природы, математически обосновал закон сохранения энергии и положение о том, что живой организм является физико-химическим средой, в которой указанный закон точно выполняется. Гельмгольц сформулировал "принцип сохранения силы" и невозможность Perpetuum Mobile. Эти открытия позволили сформулировать первый закон термодинамики или закон сохранения энергии. Понятие энергии стало центральным в понимании физических процессов. Вскоре естественным образом в понятие энергии вписалась термодинамика химических реакций и теория электрических и электромагнитных явлений.

С постройкой теории относительности в понятие энергии прибавилось новое понимание. Если раньше потенциальная энергия определялась с точностью до произвольной постоянной, то теория Эйнштейна установила связь энергии с массой.

Квантовая механика обогатила понятие энергии квантованием - для определенных физических систем энергия может принимать только дискретные значения. Кроме того принцип неопределенности установил границы точности измерения энергии и ее взаимосвязь с время. Теорема Нетер продемонстрировала, что закон сохранения энергии вытекает из принципа однородности времени, по которому физические процессы в одинаковых системах протекают одинаково, даже если они начинаются в разные моменты времени.


4. Теория относительности

Энергия тела зависит от системы отсчета, т.е. неодинакова для разных наблюдателей. Если тело движется со скоростью v относительно некоего наблюдателя, то для другого наблюдателя, движущегося с той же скоростью, оно покажется неподвижным. Соответственно, для первого спостреригача кинетическая энергия тела будет равна (исходя из законов классической механики) m v ^ 2/2 , Где m - масса тела, а для другого - нулю.

Эта зависимость энергии от системы отсчета сохраняется также в теории относительности. Для определения преобразований, которые происходят с энергией при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой используется сложная математическая конструкция - тензор энергии-импульса.

Энергия тела зависит от скорости уже не так как в ньютоновской физике, а формуле Эйнштейна :

E = \ frac {mc ^ 2} {\ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2}} ,

где m - инвариантная масса. В системе отсчета, связанной с телом, его скорость равна нулю, а энергия, которую называют энергией покоя:

E_0 = mc ^ 2 .

Это минимальная энергия, которую может иметь массивное тело. Значение формулы Эйнштейна также в том, что к ней энергия определялась с точностью до произвольной постоянной, а формула Эйнштейна находит абсолютное значение этой постоянной.


5. Квантовая механика

Тогда, как в классической физике энергия любой системы меняется непрерывно и может принимать произвольных значений, Квантовая теория утверждает, что энергия микрочастиц, привязанных силой взаимодействия с другими микрочастицами в ограниченных областей пространства, может принимать только определенные дискретные значения. Так, атомы излучают энергию в виде дискретных порций - световых квантов, или фотонов, величина которых зависит от частоты :

E = \ hbar \ omega ,

где \ Hbar - постоянная Планка, а \ Omega - циклическая частота.

Оператором энергии в квантовой механике есть гамильтониан. В стационарных состояниях квантовых систем энергия может иметь только те значения, которые соответствуют собственным значением гамильтониана. Для локализованных состояний энергия может иметь только определенные дискретные значения.


6. Принцип неопределенности

Энергия является физической величиной, канонически сопряженной с время. Принцип неопределенности Гейзенберга для энергии записывается в виде

\ Delta E \ Delta t \ geq \ frac {\ hbar} {2} ,

где \ Delta E - погрешность в определении энергии, \ Delta t - Погрешность в определении времени, \ Hbar - сводная постоянная Планка.

Это условие означает, что для абсолютно точного определения энергии физической системы за ней нужно наблюдать бесконечно долго. Если ситема существует в определенном состоянии конечное время, то погрешность в определении ее энергии определяется этим временем.

Учитывая малое значение постоянной Планка, погрешность в определении энергии макроскопических систем незначительна, и в большинстве случаев ею можно пренебречь. Однако, при рассмотрении микроскопических состояний с очень малым время жизни, она может быть существенной.


См.. также

Источники

  • Федорченко А.М. Теоретическая механика. - М.: Высшая школа, 1975., 516 с.
  • Федорченко А.М. Теоретическая физика. Квантовая механика, термодинамика и статистическая физика. Т.2.. - М.: Высшая школа, 1993., 415 с.
  • Feynman Richard The Feynman Lectures on Physics; Volume 1. - USA: Addison Wesley. - ISBN 0-201-02115-3.

Smith, Crosbie (1998). The Science of Energy - a Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain. The University of Chicago Press. ISBN 0-226-76420-6.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам