Två huvudformer av energi finns: kinetisk energi och potentiell energi. Kinetisk energi Ibland är den kinetiska och potentiell energi förknippad med mekaniska processer hos ett makroskopiskt objekt kallas kollektivt mekanisk energi och och utesluter former av energi förknippade med termiska, kemiska och atomära processer. Det är en grundläggande lag i fysik att den totala energin i ett slutet system bevaras. Detta kallas lagen om bevarande av energi För att förenkla beräkningar i många inledande fysikproblem, är det antas ofta att friktion och andra dissipativa krafter är försumbara, vilket resulterar i att den totala mekaniska energin i ett slutet system bevaras separat. Mekanisk energi kan omvandlas till termisk och annan typ av energi när friktion finns, och det kan vara svårt att få någon värmeenergi att förvandlas tillbaka till mekanisk energi (och omöjligt att få den att göra det helt.) Det är därför som mekanisk energi ofta talas om som en separat bevarad mängd, men återigen är det bara bevaras när det inte finns någon friktion. SI-enheten för energi är joule (J) där 1 joule \u003d 1 newton × 1 meter. Potentiell energi är energi på grund av ett föremål eller partikel "s position or arrangement.", 0] ,Det beskrivs ibland som lagrad energi, men detta är inte helt korrekt eftersom kinetisk energi också kan betraktas som lagrad energi eftersom den fortfarande finns i objektet som rör sig. Huvudtyperna av potentiell energi är: Elastisk potentiell energi I fallet med en massa upphängd från en fjäder som sedan sträckes och frigörs, kommer massan att svänga upp och ner som elastisk potentiell energi blir kinetisk energi, omvandlas sedan tillbaka till potential och så vidare (med en del av den mekaniska energin som förändras till icke-mekaniska former på grund av friktion.) Ekvationen för den potentiella energin som lagras i en fjäder ges av: Där k Gravitationspotentialenergi och är energin på grund av ett föremåls position i ett gravitationsfält. När ett objekt i ett sådant fält släpps kommer det att accelerera, och att potentiell energi kommer att förvandlas till kinetisk energi. Gravitationspotentialenergin för ett objekt med massa m Där g Liknar gravitationspotentialenergi är elektrisk potentiell energi och resultatet av att föremål med laddning placeras i ett elektriskt fält. Om de släpps i detta fält, kommer de att accelerera längs fältlinjerna precis som en fallande massa gör, och deras elektriska potentialenergi förvandlas till kinetisk energi. Formeln för elektrisk potentiell energi är av en punktladdning q Där k Du känner förmodligen till term spänning Kemisk potential energi Kärnkraftsenergi - är energi i en atomkärna . När nukleonerna (protoner och neutroner) inuti en kärna omorganiserar sig genom att kombinera, bryta isär eller byta från en till den andra (antingen genom fusion, fission eller sönderfall) transformeras eller frigörs kärnkraftsenergi. Den berömda E \u003d mc 2 ekvation beskriver mängden energi, E Kinetisk energi är rörelsens energi. Medan ett objekt med potentiell energi har potential att röra sig, genomgår ett objekt med kinetisk energi rörelse. Huvudtyperna av kinetisk energi är: Mekanisk kinetisk energi Tips För ett objekt som förfaller till tyngdkraften, bevarar mekanisk energi oss att bestämma dess hastighet när den faller utan att använda de konstanta accelerationsekvationerna för rörelse. Bestäm helt enkelt den totala mekaniska energin innan objektet börjar falla ( mgh Termisk energi, även känd som värmeenergi, är resultatet av molekyler i ett ämne som vibrerar. Ju snabbare molekylerna rör sig, desto större är den termiska energin och desto varmare är föremålet. Ju långsammare rörelse, desto kallare objekt. I gränsen där all rörelse stannar är temperaturen på objektet absolut 0 i enheter av Kelvin. Temperatur är ett mått på den genomsnittliga translationella kinetiska energin per molekyl. Värmeenergin i en ideal monatomisk gas ges med formeln: Där N På ytan kan detta förstås som samma sak som mekanisk kinetisk energi är. Det är resultatet av att objekt (molekyler i detta fall) fysiskt rör sig med en viss hastighet. Men denna rörelse sker allt på mikroskopisk skala inom ett större objekt, så det är vettigt att behandla det annorlunda - särskilt för att det är omöjligt att redogöra för rörelsen för varje distinkt molekyl inuti något! Observera också att det inte är vettigt att förväxla detta med mekanisk kinetisk energi eftersom denna energi inte så enkelt omvandlas till potentiell energi på samma sätt som den kinetiska energin från en boll som kastas i luften är. Vågenergi och ljud bildar en ytterligare typ av kinetisk energi, som är energin associerad med vågrörelse. Med en våg reser en störning genom ett medium. Varje punkt i det mediet kommer att svänga på plats när vågen passerar igenom - antingen i linje med rörelseriktningen (en längsgående våg Medan punkterna i mediet svänger på plats, rör sig själva störningen från en plats till en annan. Detta är en form av kinetisk energi eftersom det är resultatet av ett fysiskt material som rör sig. Energin förknippad med en våg är typiskt direkt proportionell mot kvadratet på vågens amplitud. Det exakta förhållandet beror emellertid på vågtypen och mediet genom vilket den reser. En typ av våg är en ljudvåg, som är en längsgående våg. Det vill säga, det är resultatet av kompressioner (regioner där mediet är komprimerat) och sällsynta effekter (regioner där mediet är mindre komprimerat) i, oftast, luft eller annat material. Strålningsenergi Strålningsenergi skiljer sig från vanliga vågor på ett mycket kritiskt sätt: Det kräver inte ett medium för att resa . På grund av detta kan den resa genom rymdvakuumet. All elektromagnetisk strålning rör sig med ljusets hastighet (universumets snabbaste hastighet!) I vakuum. Observera att fotonen inte har massa, så vi kan inte bara använda den mekaniska kinetiska energifekvationen för bestämma den tillhörande kinetiska energin. Istället ges energin förknippad med elektromagnetisk strålning av E \u003d hf, där f Elektrisk energi Total energi i ett slutet system bevaras. Det vill säga den totala mängden, i alla former, förblir konstant även om den överförs mellan objekt i systemet eller ändrar form eller typ. Ett främst exempel på detta är vad som händer med kinetik, potential och total energi från en boll som kastas i luften. Anta att en 0,5 kg boll lanseras uppåt från marknivån med en initial hastighet på 20 m /s. Vi kan använda följande kinematiska ekvationer för att bestämma höjden och hastigheten på bollen vid varje sekund av dess rörelse: Om vi uppskattar g (Infoga tabell) Nu kan vi titta på det ur ett energiperspektiv. För varje sekund av resan kan vi beräkna den potentiella energin med mgh (Infoga tabell) Som ni kan se, i början av sin väg är all kulans energi kinetisk. När den stiger minskar dess hastighet och höjden ökar och kinetisk energi förvandlas till potentiell energi. När den är på sin högsta punkt har hela den initiala kinetiken förvandlats till potential, och sedan vänder processen sig själv när den faller tillbaka. Under hela vägen förblev den totala energin konstant. Om vårt exempel hade inkluderat friktion eller andra dissipativa krafter, skulle den totala mekaniska energin inte, medan den totala energin fortfarande skulle bevaras. Den totala mekaniska energin skulle motsvara skillnaden mellan den totala energin och energin som förvandlades till andra typer, till exempel termisk eller ljudenergi.
är rörelsens energi för ett objekt eller partikel, och potentiell energi
är den energi som är förknippad med positionen för ett objekt eller en partikel.
. Det vill säga, medan energi kan ändra form eller överföra från ett objekt till ett annat, kommer den totala mängden alltid att förbli konstant i ett system som är perfekt isolerat från dess omgivningar.
Typer av potentiell energi |
, som är energi i form av deformation av ett objekt som en fjäder. När du komprimerar eller sträcker en fjäder bortom dess jämvikt (viloposition) kommer den att ha elastisk potentiell energi. När våren släpps kommer denna elastiska potentiella energi att förvandlas till kinetisk energi.
PE_ {spring} \u003d \\ frac {1} {2} k \\ Delta x ^ 2
är fjäderkonstanten och Δx är förskjutningen från jämvikt.
nära ytan av jorden ges av:
PE_ {grav} \u003d mgh
är gravitationskonstanten 9,8 m /s 2, och h
är höjden över marknivå.
ett avstånd r
från punktladdning Q
ges av:
PE_ {elec, \\ text {} poiny \\ text {} charge} \u003d \\ frac { kqQ} {r}
är Coulombs konstant 8,99 × 10 9 Nm 2 /C 2.
, som avser en mängd som kallas elektrisk potential
. Den elektriska potentialenergin i en laddning q
kan hittas från den elektriska potentialen (spänning, V
) med följande:
PE_q \u003d qV
är energi lagrad i kemiska bindningar och arrangemang av atomer. Denna energi kan omvandlas till andra former under kemiska reaktioner. En eld är ett exempel på detta - när elden brinner omvandlas potentiell energi i de kemiska bindningarna i det brinnande materialet till värme och strålningsenergi. När du äter mat omvandlar processer i kroppen kemisk energi till den energi som din kropp behöver för att hålla sig vid liv och utföra alla grundläggande uppgifter för att leva.
, frigiven under sådana processer i termer av massan m
och ljusets hastighet c
. Kärnor kan hamna med lägre totalmassa efter sönderfall eller sammansmältning, och denna massskillnad kan direkt översättas till mängden kärnkraftsenergi som omvandlas till andra former, som strålning och termisk.
Typer av kinetisk energi
, som är den kinetiska energin för ett makroskopiskt objekt med massa m och rör sig med hastighet v
. Det ges med formeln:
KE_ {mech} \u003d \\ frac {1} {2} mv ^ 2
), och då, oavsett höjd det är, måste skillnaden i potentiell energi lika med 1 /2mv 2. När du väl vet kinetisk energi kan du lösa för v
.
E_ {termisk} \u003d \\ frac {3} {2} Nk_BT
är antalet atomer, T
är temperaturen i Kelvin, och k B
är Boltzmanns konstant 1,381 × 10 -23 J /K.
) eller vinkelrätt mot den (en tvärvåg
), som man ser med en våg på en snöre.
är relaterat till vågenergi, men det är inte riktigt detsamma. Detta är energi i form av elektromagnetisk strålning. Du kanske känner mest till synligt ljus, men den här energin kommer i typer som vi inte kan se så bra, som radiovågor, mikrovågor, infraröd, ultraviolett, röntgenstrålar och gammastrålar. Det är energi som transporteras av fotoner - ljuspartiklar. Fotoner sägs visa partikel /vågdualitet, vilket innebär att de fungerar både som en våg och en partikel.
är frekvens och h
är Plancks konstant 6.626 × 10 -34 Js.
: Den kinetiska energin associerad med en rörlig laddning är samma mekaniska kinetiska energi 1 /2mv 2; emellertid genererar en rörlig laddning också ett magnetfält. Det magnetiska fältet, precis som ett gravitations- eller elektriskt fält, har förmågan att ge potentiell energi till allt som kan "känna" det - till exempel en magnet eller en annan rörlig laddning.
Energy Transformations -
v_f \u003d v_i + at \u003d 20 \\ text {m /s} -gt \\\\ y_f \u003d y_i + v_it + \\ frac {1} {2} vid ^ 2 \u003d (20 \\ text {m /s}) t- \\ frac {g} {2} t ^ 2
som 10 m /s 2, vi får resultaten som visas i följande tabell:
och den kinetiska energin med 1 /2mv 2. Den totala energin är summan av de två. Att lägga till kolumner i vårt bord för potentiell, kinetisk och total energi får vi:
