Energiya nafaqat bizning sayyoramizda, balki Koinotda ham hayotni amalga oshirishga imkon beradigan narsadir. Biroq, bu juda boshqacha bo'lishi mumkin. Shunday qilib, issiqlik, tovush, yorug'lik, elektr, mikroto'lqinli pechlar, kaloriyalar har xil turdagi energiyadir. Atrofimizda sodir bo'layotgan barcha jarayonlar uchun bu modda zarur. Yerda mavjud bo'lgan energiyaning katta qismi Quyoshdan olinadi, ammo uning boshqa manbalari ham mavjud. Quyosh uni sayyoramizga o'tkazadi, bir vaqtning o'zida 100 million eng kuchli elektr stantsiyalari ishlab chiqaradi.
Energetika nima?
Albert Eynshteyn tomonidan ilgari surilgan nazariya materiya va energiya oʻrtasidagi munosabatni oʻrganadi. Bu buyuk olim bir moddaning boshqa moddaga aylanish qobiliyatini isbotlay oldi. Shu bilan birga, jismlar mavjudligida energiya eng muhim omil ekanligi, materiya esa ikkinchi darajali ekanligi ma'lum bo'ldi.
Energiya, umuman olganda, ba'zi ishlarni bajarish qobiliyatidir. U tarafdorijismni harakatlantirishga yoki unga yangi xususiyatlar berishga qodir kuch tushunchasi. "Energiya" atamasi nimani anglatadi? Fizika - bu fundamental fan bo'lib, unga turli davrlar va mamlakatlarning ko'plab olimlari o'z hayotlarini bag'ishlaganlar. Hatto Aristotel ham "energiya" so'zini inson faoliyatiga nisbatan ishlatgan. Yunon tilidan tarjima qilingan "energiya" - "faollik", "kuch", "harakat", "kuch". Birinchi marta bu so'z yunon olimining "Fizika" risolasida uchraydi.
Hozirgi umumeʼtirof etilgan maʼnoda bu atama ingliz fizigi Tomas Yang tomonidan kiritilgan. Bu muhim voqea 1807 yilda sodir bo'lgan. XIX asrning 50-yillarida. ingliz mexanikasi Uilyam Tomson birinchi bo'lib "kinetik energiya" tushunchasini qo'llagan va 1853 yilda shotland fizigi Uilyam Renkin "potentsial energiya" atamasini kiritgan.
Bugungi kunda bu skalyar miqdor fizikaning barcha sohalarida mavjud. Bu materiyaning turli xil harakati va o'zaro ta'sirining yagona o'lchovidir. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, bu bir shaklning boshqasiga o'tish o'lchovidir.
Oʻlchovlar va belgilar
Energiya miqdori joulda (J) o'lchanadi. Ushbu maxsus birlik energiya turiga qarab turli xil belgilarga ega bo'lishi mumkin, masalan:
- W - tizimning umumiy energiyasi.
- Q - termal.
- U – potentsial.
Energiya turlari
Tabiatda turli xil energiya turlari mavjud. Asosiylari:
- mexanik;
- elektromagnit;
- elektr;
- kimyoviy;
- termal;
- yadro (atom).
Energiyaning boshqa turlari ham bor: yorug'lik, tovush, magnit. So'nggi yillarda tobora ko'proq fiziklar "qorong'u" energiya deb ataladigan narsaning mavjudligi haqidagi gipotezaga moyil bo'lmoqdalar. Ushbu moddaning ilgari sanab o'tilgan turlarining har biri o'ziga xos xususiyatlarga ega. Masalan, tovush energiyasi to'lqinlar yordamida uzatilishi mumkin. Ular odamlar va hayvonlarning qulog'idagi quloq pardalarining tebranishiga hissa qo'shadilar, buning natijasida tovushlar eshitiladi. Turli xil kimyoviy reaksiyalar jarayonida barcha organizmlarning hayoti uchun zarur bo'lgan energiya ajralib chiqadi. Har qanday yoqilg'i, oziq-ovqat, akkumulyatorlar, batareyalar bu energiyani saqlash joyidir.
Yulduzimiz Yerga elektromagnit toʻlqinlar koʻrinishida energiya beradi. Faqat shu yo'l bilan u Kosmosning kengliklarini engib o'tishi mumkin. Quyosh panellari kabi zamonaviy texnologiyalar tufayli biz undan maksimal darajada foydalanishimiz mumkin. Ortiqcha foydalanilmagan energiya maxsus energiya saqlash inshootlarida to'planadi. Yuqoridagi energiya turlari bilan bir qatorda termal buloqlar, daryolar, okeanlarning quyilishi va oqimlari ko'pincha bioyoqilg'idan foydalaniladi.
Mexanik energiya
Bu turdagi energiya fizikaning "Mexanika" deb nomlangan bo'limida o'rganiladi. U E harfi bilan belgilanadi. Joul (J) bilan o'lchanadi. Bu energiya nima? Mexanika fizikasi jismlarning harakatini va ularning bir-biri bilan yoki tashqi maydonlar bilan o'zaro ta'sirini o'rganadi. Bunda jismlarning harakatidan kelib chiqadigan energiya deyiladikinetik (Ek bilan belgilanadi) va jismlarning yoki tashqi maydonlarning o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan energiya potentsial (Ep) deb ataladi. Harakat va oʻzaro taʼsir yigʻindisi tizimning umumiy mexanik energiyasidir.
Har ikki turni hisoblashning umumiy qoidasi mavjud. Energiya miqdorini aniqlash uchun tanani nol holatdan bu holatga o'tkazish uchun zarur bo'lgan ishni hisoblash kerak. Bundan tashqari, qancha ko'p ishlasangiz, tana bu holatda shunchalik ko'p energiyaga ega bo'ladi.
Turlarni turli mezonlarga koʻra ajratish
Energiya almashishning bir necha turlari mavjud. Turli mezonlarga ko'ra, u quyidagilarga bo'linadi: tashqi (kinetik va potentsial) va ichki (mexanik, termal, elektromagnit, yadroviy, tortishish). Elektromagnit energiya, o'z navbatida, magnit va elektrga, yadro energiyasi esa kuchsiz va kuchli o'zaro ta'sirlar energiyasiga bo'linadi.
Kinetik
Har qanday harakatlanuvchi jismlar kinetik energiya mavjudligi bilan ajralib turadi. Ko'pincha shunday deyiladi - haydash. Harakatlanayotgan jismning energiyasi sekinlashganda yo'qoladi. Shunday qilib, tezlik qanchalik tez bo'lsa, kinetik energiya shunchalik katta bo'ladi.
Harakatlanuvchi jism statsionar jism bilan aloqa qilganda, kinetik jismning bir qismi ikkinchisiga o'tadi va uni harakatga keltiradi. Kinetik energiya formulasi quyidagicha:
Soʻz bilan aytganda, bu formulani quyidagicha ifodalash mumkin: jismning kinetik energiyasimassasining yarmi ko‘paytmasi tezligining kvadratiga.
Potentsial
Bu turdagi energiyaga qandaydir kuch maydonidagi jismlar ega. Shunday qilib, magnit jism magnit maydon ta'sirida bo'lganda paydo bo'ladi. Yer yuzidagi barcha jismlar potentsial tortishish energiyasiga ega.
O`rganilayotgan ob`ektlarning xususiyatlariga ko`ra ular turli xil potentsial energiyaga ega bo`lishi mumkin. Shunday qilib, cho'zishga qodir bo'lgan elastik va elastik jismlar elastiklik yoki kuchlanishning potentsial energiyasiga ega. Ilgari harakatsiz bo'lgan har qanday yiqilgan jism potentsialni yo'qotadi va kinetikga ega bo'ladi. Bunday holda, bu ikki turning qiymati ekvivalent bo'ladi. Sayyoramizning tortishish maydonida potentsial energiya formulasi quyidagicha ko'rinadi:
Soʻz bilan aytganda, bu formulani quyidagicha ifodalash mumkin: Yer bilan oʻzaro taʼsir qiluvchi jismning potentsial energiyasi uning massasi, tortishish tezlashuvi va u joylashgan balandlik koʻpaytmasiga teng.
Bu skalyar qiymat potentsial kuch maydonida joylashgan va maydon kuchlarining ishi tufayli kinetik energiya olish uchun ishlatiladigan moddiy nuqta (jism) energiya zahirasining xarakteristikasidir. Ba'zan uni koordinata funktsiyasi deb ham atashadi, bu tizimning Langrangianidagi atamadir (dinamik tizimning Lagrange funktsiyasi). Bu tizim ularning oʻzaro taʼsirini tasvirlaydi.
Potentsial energiya uchun nolga tenglashtirilgankosmosda joylashgan jismlarning ma'lum bir konfiguratsiyasi. Konfiguratsiyani tanlash keyingi hisob-kitoblarning qulayligi bilan belgilanadi va "potentsial energiyani normallashtirish" deb ataladi.
Energiyaning saqlanish qonuni
Fizikaning eng asosiy postulatlaridan biri energiyaning saqlanish qonunidir. Uning fikricha, energiya hech qayerdan paydo bo'lmaydi va hech qayerdan yo'qolmaydi. U doimo bir shakldan ikkinchisiga o'zgaradi. Boshqacha qilib aytganda, faqat energiya o'zgarishi mavjud. Masalan, chiroq batareyasining kimyoviy energiyasi elektr energiyasiga, undan yorug'lik va issiqlikka aylanadi. Turli xil maishiy texnika elektr energiyasini yorug'lik, issiqlik yoki tovushga aylantiradi. Ko'pincha, o'zgarishning yakuniy natijasi issiqlik va yorug'likdir. Shundan so'ng energiya atrofdagi bo'shliqqa o'tadi.
Energiya qonuni koʻp jismoniy hodisalarni tushuntirishi mumkin. Olimlarning ta'kidlashicha, uning koinotdagi umumiy hajmi doimo o'zgarishsiz qoladi. Hech kim energiyani yangidan yarata olmaydi yoki uni yo'q qila olmaydi. Uning turlaridan birini ishlab chiqishda odamlar yoqilg'i, tushgan suv, atom energiyasidan foydalanadilar. Shu bilan birga, uning shakllaridan biri boshqasiga aylanadi.
1918 yilda olimlar energiyaning saqlanish qonuni vaqtning translyatsion simmetriyasining matematik natijasi - konjugat energiya qiymati ekanligini isbotlay oldilar. Boshqacha qilib aytganda, fizika qonunlari turli vaqtlarda farq qilmasligi tufayli energiya saqlanadi.
Energiya xususiyatlari
Energiya - bu tananing ish qilish qobiliyati. Yopiq holdajismoniy tizimlar, u butun vaqt davomida saqlanib qoladi (tizim yopiq ekan) va harakat paytida qiymatni saqlaydigan uchta qo'shimcha harakat integrallaridan biridir. Bularga quyidagilar kiradi: energiya, burchak momentum, impuls. "Energiya" tushunchasini kiritish jismoniy tizim vaqt bo'yicha bir hil bo'lganda o'rinli bo'ladi.
Jismlarning ichki energiyasi
Bu molekulyar oʻzaro taʼsirlar energiyalari va uni tashkil etuvchi molekulalarning issiqlik harakatlari yigʻindisidir. Uni to'g'ridan-to'g'ri o'lchash mumkin emas, chunki u tizim holatining aniq funktsiyasidir. Qachonki tizim ma'lum bir holatda bo'lsa, uning ichki energiyasi tizimning mavjudligi tarixidan qat'i nazar, o'ziga xos qiymatga ega bo'ladi. Bir jismoniy holatdan ikkinchisiga o'tishda ichki energiyaning o'zgarishi har doim uning yakuniy va dastlabki holatlardagi qiymatlari orasidagi farqga teng bo'ladi.
Gazning ichki energiyasi
Qattiq jismlardan tashqari gazlar ham energiyaga ega. U atomlar, molekulalar, elektronlar, yadrolarni o'z ichiga olgan tizim zarralarining termal (xaotik) harakatining kinetik energiyasini ifodalaydi. Ideal gazning ichki energiyasi (gazning matematik modeli) uning zarralari kinetik energiyalarining yig'indisidir. Bunda molekulaning fazodagi oʻrnini belgilovchi mustaqil oʻzgaruvchilar soni boʻlgan erkinlik darajalari hisobga olinadi.
Energiya sarfi
Har yili insoniyat koʻproq energiya resurslarini isteʼmol qilmoqda. Ko'pincha energiya uchun,uylarimizni yoritish va isitish, transport vositalari va turli mexanizmlarning ishlashi uchun zarur bo'lgan ko'mir, neft va gaz kabi qazib olinadigan uglevodorodlardan foydalaniladi. Ular qayta tiklanmaydigan manbalardir.
Afsuski, sayyoramiz energiyasining ozgina qismi suv, shamol va quyosh kabi qayta tiklanadigan manbalardan olinadi. Bugungi kunga kelib ularning energetika sohasidagi ulushi atigi 5 foizni tashkil etadi. Yana 3% odam atom elektr stansiyalarida ishlab chiqarilgan atom energiyasini oladi.
Qayta tiklanmaydigan resurslar quyidagi zaxiralarga ega (joulda):
- yadro energiyasi - 2 x 1024;
- gaz va neft energiyasi – 2 x 10 23;
- sayyoraning ichki issiqligi - 5 x 1020.
Yerning qayta tiklanadigan manbalarining yillik qiymati:
- quyosh energiyasi - 2 x 1024;
- shamol - 6 x 1021;
- daryolar - 6, 5 x 1019;
- dengiz toshqinlari - 2,5 x 1023.
Yerning qayta tiklanmaydigan energiya zahiralaridan qayta tiklanadigan energiyaga oʻz vaqtida oʻtish bilangina insoniyat sayyoramizda uzoq va baxtli yashash imkoniyatiga ega boʻladi. Eng ilg'or ishlanmalarni amalga oshirish uchun butun dunyo olimlari energiyaning turli xususiyatlarini sinchkovlik bilan o'rganishda davom etmoqdalar.
