Энерги бол зөвхөн манай гариг дээр төдийгүй Орчлон ертөнцөд амьдралыг бий болгодог зүйл юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь маш өөр байж болно. Тэгэхээр дулаан, дуу чимээ, гэрэл, цахилгаан, богино долгионы зуух, калори зэрэг нь янз бүрийн төрлийн энерги юм. Бидний эргэн тойронд болж буй бүх үйл явцын хувьд энэ бодис зайлшгүй шаардлагатай. Дэлхий дээр байгаа энергийн ихэнх хэсгийг нарнаас авдаг боловч бусад эх үүсвэрүүд байдаг. Нар үүнийг манай гараг руу шилжүүлдэг бөгөөд хамгийн хүчирхэг 100 сая цахилгаан станц нэгэн зэрэг үйлдвэрлэдэг.
Эрчим хүч гэж юу вэ?
Альберт Эйнштейний дэвшүүлсэн онол нь матери ба энергийн хамаарлыг судалдаг. Энэ агуу эрдэмтэн нэг бодис нөгөө бодис болж хувирах чадварыг баталж чадсан. Үүний зэрэгцээ, энерги нь бие махбодын оршин тогтнох хамгийн чухал хүчин зүйл бөгөөд матери хоёрдогч байдаг.
Эрчим хүч бол ерөнхийдөө ямар нэгэн ажил хийх чадвар юм. Тэр бол зогсож байгаа хүн юмбиеийг хөдөлгөх эсвэл түүнд шинэ шинж чанарыг өгөх чадвартай хүчний тухай ойлголт. "Эрчим хүч" гэсэн нэр томъёо нь юу гэсэн үг вэ? Физик бол янз бүрийн цаг үе, улс орны олон эрдэмтэд амьдралаа зориулж ирсэн суурь шинжлэх ухаан юм. Аристотель хүртэл "эрчим хүч" гэдэг үгийг хүний үйл ажиллагааг илэрхийлдэг байсан. Грек хэлнээс орчуулбал "эрчим хүч" нь "үйл ажиллагаа", "хүч", "үйлдэл", "хүч" гэсэн утгатай. Энэ үг анх удаа Грекийн нэгэн эрдэмтний "Физик" хэмээх зохиолд гарч ирэв.
Одоогийн нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн утгаараа энэ нэр томъёог Английн физикч Томас Янг анх санаачилсан. Энэ чухал үйл явдал 1807 онд болсон. XIX зууны 50-аад онд. Английн механикч Уильям Томсон "кинетик энерги" гэсэн ойлголтыг анх ашигласан бөгөөд 1853 онд Шотландын физикч Уильям Рэнкин "потенциал энерги" гэсэн нэр томъёог нэвтрүүлсэн.
Өнөөдөр энэ скаляр хэмжигдэхүүн физикийн бүх салбарт байдаг. Энэ нь янз бүрийн хэлбэрийн хөдөлгөөн ба материйн харилцан үйлчлэлийн цорын ганц хэмжүүр юм. Өөрөөр хэлбэл, энэ нь нэг хэлбэрийг нөгөө хэлбэрт хувиргах хэмжүүр юм.
Хэмжилт ба тэмдэглэгээ
Энергийн хэмжээг жоуль (J)-ээр хэмждэг. Энэхүү тусгай нэгж нь эрчим хүчний төрлөөс хамааран өөр өөр тэмдэглэгээтэй байж болно, жишээлбэл:
- W нь системийн нийт энерги юм.
- Q - дулааны.
- U – боломжит.
Эрчим хүчний төрөл
Байгальд маш олон төрлийн энерги байдаг. Гол нь:
- механик;
- цахилгаан соронзон;
- цахилгаан;
- химийн;
- дулаан;
- цөмийн (атомын).
Өөр төрлийн энерги байдаг: гэрэл, дуу чимээ, соронзон. Сүүлийн жилүүдэд физикчдийн тоо нэмэгдэж, "харанхуй" энерги гэж нэрлэгддэг таамаглалд хандах хандлагатай байна. Энэ бодисын өмнө дурдсан төрөл бүр өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаг. Жишээлбэл, дууны энергийг долгион ашиглан дамжуулж болно. Тэд хүн, амьтны чихний чихний чичиргээнд хувь нэмэр оруулдаг бөгөөд үүний ачаар дуу чимээ сонсогддог. Төрөл бүрийн химийн урвалын явцад бүх организмын амьдралд шаардлагатай энерги ялгардаг. Аливаа түлш, хоол хүнс, аккумлятор, батерей нь энэ энергийн хуримтлал юм.
Манай од дэлхийн энергийг цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр өгдөг. Зөвхөн ийм байдлаар л сансар огторгуйн уудам нутгийг даван туулж чадна. Нарны хавтан гэх мэт орчин үеийн технологийн ачаар бид үүнийг хамгийн их үр дүнтэй ашиглаж чадна. Ашиглагдаагүй илүүдэл эрчим хүч нь тусгай эрчим хүч хадгалах байгууламжид хуримтлагддаг. Дээрх төрлийн эрчим хүч, рашаан, гол мөрөн, далайн усны эх үүсвэр, урсацын зэрэгцээ био түлшийг ихэвчлэн ашигладаг.
Механик энерги
Ийм төрлийн энергийг физикийн "Механик" хэмээх салбар судалдаг. Энэ нь E үсгээр тэмдэглэгдсэн байна. Энэ нь joule (J) -ээр хэмжигддэг. Энэ ямар энерги вэ? Механикийн физик нь биетүүдийн хөдөлгөөн, тэдгээрийн бие биетэйгээ эсвэл гадаад оронтой харилцах үйл ажиллагааг судалдаг. Энэ тохиолдолд биеийн хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй энерги гэж нэрлэгддэгкинетик (Экээр тэмдэглэсэн) бөгөөд биетүүд эсвэл гадаад талбайн харилцан үйлчлэлийн улмаас үүссэн энергийг потенциал (Ep) гэж нэрлэдэг. Хөдөлгөөн ба харилцан үйлчлэлийн нийлбэр нь системийн нийт механик энерги юм.
Хоёр төрлийг тооцоолох ерөнхий дүрэм байдаг. Эрчим хүчний хэмжээг тодорхойлохын тулд биеийг тэг төлөвөөс энэ төлөвт шилжүүлэхэд шаардагдах ажлыг тооцоолох шаардлагатай. Түүгээр ч зогсохгүй их ажил хийх тусам бие энэ байдалд илүү их энергитэй байх болно.
Янз бүрийн шалгуурын дагуу төрөл зүйлүүдийг ялгах
Энерги хуваалцах хэд хэдэн төрөл байдаг. Төрөл бүрийн шалгуурын дагуу үүнийг гадаад (кинетик ба потенциал) ба дотоод (механик, дулааны, цахилгаан соронзон, цөмийн, таталцлын) гэж хуваадаг. Цахилгаан соронзон энерги нь эргээд соронзон ба цахилгаан, цөмийн энерги нь сул ба хүчтэй харилцан үйлчлэлийн энергид хуваагддаг.
Кинетик
Хөдөлгөөнтэй аливаа бие нь кинетик энерги байдгаараа ялгагдана. Ихэнхдээ үүнийг жолоодох гэж нэрлэдэг. Хөдөлж буй биеийн энерги удаашрах үед алга болдог. Тиймээс хурд ихсэх тусам кинетик энерги их болно.
Хөдөлгөөнт бие хөдөлгөөнгүй биеттэй шүргэлцэх үед кинетикийн нэг хэсэг нөгөө рүү шилжиж, хөдөлгөөнд оруулдаг. Кинетик энергийн томъёо нь дараах байдалтай байна:
Үгээр томьёог дараах байдлаар илэрхийлж болно: объектын кинетик энерги ньмассынх нь хагас үржвэр нь хурдных нь квадратыг үржүүлэв.
Боломжтой
Энэ төрлийн энерги нь ямар нэгэн хүчний талбарт байдаг биетүүдэд байдаг. Тиймээс объект нь соронзон орны нөлөөн дор байх үед соронзон үүсдэг. Дэлхий дээрх бүх биет таталцлын энергитэй.
Судлах объектын шинж чанараас хамааран өөр өөр төрлийн потенциал энергитэй байж болно. Тиймээс сунах чадвартай, уян харимхай биетүүд нь уян хатан эсвэл хурцадмал байдлын энергитэй байдаг. Өмнө нь хөдөлгөөнгүй байсан аливаа унасан бие нь потенциалаа алдаж, кинетик болдог. Энэ тохиолдолд эдгээр хоёр төрлийн үнэ цэнэ тэнцүү байх болно. Манай гаригийн таталцлын талбарт потенциал энергийн томьёо дараах байдлаар харагдана:
Үгээр томъёоллыг дараах байдлаар илэрхийлж болно: Дэлхийтэй харьцаж буй биетийн потенциал энерги нь түүний масс, таталцлын хурдатгал болон түүний байрлах өндрийн үржвэртэй тэнцүү байна.
Энэ скаляр утга нь боломжит хүчний талбарт байрлах материаллаг цэг (бие)-ийн энергийн нөөцийн шинж чанар бөгөөд талбайн хүчний ажлын улмаас кинетик энергийг олж авахад ашигладаг. Заримдаа үүнийг координатын функц гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь системийн Лангранжийн (динамик системийн Лагранжийн функц) нэр томъёо юм. Энэ систем нь тэдний харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог.
Потенциал энерги нь тэгтэй тэнцүү байнаорон зайд байрлах биеийн тодорхой тохиргоо. Тохиргооны сонголт нь цаашдын тооцоололд хялбар байхаар тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг "боломжийн энергийг хэвийн болгох" гэж нэрлэдэг.
Энерги хадгалагдах хууль
Физикийн хамгийн үндсэн постулатын нэг бол энерги хадгалагдах хууль юм. Түүний хэлснээр энерги хаанаас ч гарч ирдэггүй, хаана ч алга болдоггүй. Энэ нь нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт байнга өөрчлөгддөг. Өөрөөр хэлбэл эрчим хүчний өөрчлөлт л байна. Жишээлбэл, гар чийдэнгийн батерейны химийн энерги нь цахилгаан энерги болж, үүнээс гэрэл, дулаан болж хувирдаг. Төрөл бүрийн гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл нь цахилгаан эрчим хүчийг гэрэл, дулаан эсвэл дуу чимээ болгон хувиргадаг. Ихэнх тохиолдолд өөрчлөлтийн эцсийн үр дүн нь дулаан, гэрэл юм. Үүний дараа энерги нь эргэн тойрон дахь орон зай руу ордог.
Энергийн хууль нь физикийн олон үзэгдлийг тайлбарлаж чадна. Орчлон ертөнц дэх түүний нийт хэмжээ өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна гэж эрдэмтэд нотолж байна. Хэн ч эрчим хүчийг шинээр бий болгож, устгаж чадахгүй. Үүний нэг хэлбэрийг бий болгосноор хүмүүс түлш, уналтын ус, атомын энергийг ашигладаг. Үүний зэрэгцээ түүний нэг хэлбэр нь нөгөө хэлбэр болж хувирдаг.
1918 онд эрдэмтэд энерги хадгалагдах хууль нь цаг хугацааны орчуулгын тэгш хэмийн математик үр дагавар буюу коньюгат энергийн утгыг баталж чадсан юм. Өөрөөр хэлбэл физикийн хуулиуд өөр өөр цаг үед ялгаатай байдаггүй тул энерги хадгалагдана.
Эрчим хүчний онцлог
Эрчим хүч бол биеийн ажил хийх чадвар юм. Хаалттайфизик системүүдийн хувьд энэ нь бүх хугацааны туршид (систем хаалттай байх үед) хадгалагддаг бөгөөд хөдөлгөөний үед үнэ цэнийг хадгалдаг хөдөлгөөний гурван нэмэлт интегралын нэг юм. Үүнд: энерги, өнцгийн импульс, импульс. Физик систем цаг хугацааны хувьд нэгэн төрлийн байх үед "энерги" гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлэх нь тохиромжтой.
Биеийн дотоод энерги
Энэ нь молекулын харилцан үйлчлэлийн энерги ба түүнийг бүрдүүлдэг молекулуудын дулааны хөдөлгөөний нийлбэр юм. Энэ нь системийн төлөв байдлын хоёрдмол утгагүй функц учраас үүнийг шууд хэмжих боломжгүй. Систем өгөгдсөн төлөвт орох бүрд системийн оршин тогтнох түүхээс үл хамааран түүний дотоод энерги нь өөрийн гэсэн үнэ цэнэтэй байдаг. Нэг физик төлөвөөс нөгөөд шилжих үед дотоод энергийн өөрчлөлт нь түүний эцсийн болон анхны төлөв дэх утгын зөрүүтэй үргэлж тэнцүү байдаг.
Хийн дотоод энерги
Хий нь хатуу биетээс гадна энергитэй байдаг. Энэ нь атом, молекул, электрон, цөм зэрэг системийн хэсгүүдийн дулааны (эмх замбараагүй) хөдөлгөөний кинетик энергийг илэрхийлдэг. Идеал хийн дотоод энерги (хийн математик загвар) нь түүний бөөмсийн кинетик энергийн нийлбэр юм. Энэ нь орон зай дахь молекулын байрлалыг тодорхойлдог бие даасан хувьсагчийн тоо болох эрх чөлөөний зэрэглэлийн тоог харгалзан үзнэ.
Эрчим хүчний хэрэглээ
Хүн төрөлхтөн жил бүр илүү их эрчим хүчний нөөцийг хэрэглэж байна. Ихэнхдээ эрчим хүчний хувьд,Манай гэрийг гэрэлтүүлэх, халаах, тээврийн хэрэгсэл, янз бүрийн механизмын үйл ажиллагаанд шаардлагатай нүүрс, газрын тос, хий зэрэг чулуужсан нүүрсустөрөгчийг ашигладаг. Эдгээр нь нөхөн сэргээгдэхгүй нөөц юм.
Харамсалтай нь манай гарагийн эрчим хүчний багахан хувийг ус, салхи, нар гэх мэт сэргээгдэх эх үүсвэрээс авдаг. Өнөөдрийг хүртэл эрчим хүчний салбарт тэдний эзлэх хувь ердөө 5% байна. Өөр 3% нь атомын цахилгаан станцад үйлдвэрлэсэн цөмийн эрчим хүчийг хүлээн авдаг.
Сэргээгдэхгүй нөөц нь дараах нөөцтэй (жоульээр):
- цөмийн энерги - 2 x 1024;
- хий болон газрын тосны эрчим хүч – 2 x 10 23;
- гаригийн дотоод дулаан - 5 x 1020.
Дэлхийн сэргээгдэх нөөцийн жилийн үнэ цэнэ:
- нарны эрчим хүч - 2 x 1024;
- салхи - 6 x 1021;
- гол - 6, 5 x 1019;
- далайн түрлэг - 2.5 x 1023.
Дэлхийн сэргээгдэхгүй эрчим хүчний нөөцийг ашиглахаас сэргээгдэх эрчим хүч рүү цаг тухайд нь шилжсэнээр л хүн төрөлхтөн манай гараг дээр урт удаан, аз жаргалтай оршин тогтнох боломжтой болно. Хамгийн сүүлийн үеийн бүтээн байгуулалтыг хэрэгжүүлэхийн тулд дэлхийн эрдэмтэд эрчим хүчний янз бүрийн шинж чанарыг анхааралтай судалж байна.
