Энергия в физике в чем измеряется: Единицы измерения энергии

Содержание

Энергия — это… Что такое Энергия?

Эне́ргия (др.-греч. ἐνέργεια — «действие, деятельность, сила, мощь») — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то её энергия сохраняется во времени. Это утверждение носит название закона сохранения энергии. Понятие введено Аристотелем в трактате «Физика».

Фундаментальный смысл

С фундаментальной точки зрения энергия представляет собой интеграл движения (то есть сохраняющуюся при движении величину), связанный, согласно теореме Нётер, с однородностью времени. Таким образом, введение понятия энергии как физической величины целесообразно только в том случае, если рассматриваемая физическая система однородна во времени.

Энергия и работа

Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.

В специальной теории относительности

Энергия и масса

Согласно специальной теории относительности между массой и энергией существует связь, выражаемая знаменитой формулой Эйнштейна

где E — энергия системы, m — её масса, c — скорость света. Несмотря на то, что исторически предпринимались попытки трактовать это выражение как полную эквивалентность понятия энергии и массы, что, в частности, привело к появлению такого понятия как релятивистская масса, в современной физике принято сужать смысл этого уравнения, понимая под массой массу тела в состоянии покоя (так называемая масса покоя), а под энергией — только внутреннюю энергию, заключённую в системе.

Энергия тела, согласно законам классической механики, зависит от системы отсчета, то есть неодинакова для разных наблюдателей. Если тело движется со скоростью v относительно некоего наблюдателя, то для другого наблюдателя, движущегося с той же скоростью, оно будет казаться неподвижным.

Соответственно, для первого наблюдателя кинетическая энергия тела будет равна, , где m — масса тела, а для другого наблюдателя — нулю.

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

Зависимость энергии тела от скорости рассматривается уже не так, как в ньютоновской физике, а согласно вышеназванной формуле Эйнштейна:

,

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

.

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

Энергия и импульс

Специальная теория относительности рассматривает энергию как компоненту 4-импульса (4-вектора энергии-импульса), в который наравне с энергией входят три пространственные компоненты импульса. Таким образом энергия и импульс оказываются связанными и оказывают взаимное влияние друг на друга при переходе из одной системы отсчёта в другую.

В квантовой механике

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

В квантовой механике величина энергии пропорциональна частоте и двойственна времени. В частности, в силу фундаментальных причин принципиально невозможно измерить абсолютно точно энергию системы в каком-либо процессе, время протекания которого конечно.

При проведении серии измерения одного и того же процесса значения измеренной энергии будут флуктуировать, однако среднее значение всегда определяется законом сохранения энергии. Это приводит к тому, что иногда говорят, что в квантовой механике сохраняется средняя энергия.

В общей теории относительности

В общей теории относительности время не является однородным, поэтому возникают определённые проблемы при попытке введения понятия энергии. В частности, оказывается невозможным определить энергию гравитационного поля как тензор относительно общих преобразований координат.

Энергия и энтропия

Внутреняя энергия (или энергия хаотического движения молекул) является самым «деградированным» видом энергии — она не может превращаться в другие виды энергии без потерь (см.: энтропия).

Физическая размерность

Энергия E имеет размерность, равную:

В системе величин LMT энергия имеет размерность .

Соотношения между единицами энергии
Единица Эквивалент
в Дж в эрг в межд. кал в эВ
1 Дж 1 107 0,238846 0,624146·1019
1 эрг 10−7 1 2,38846·10−8 0,624146·1012
1 межд. Дж[1] 1,00020 1,00020·107 0,238891 0,624332·1019
1 кгс·м 9,80665 9,80665·107 2,34227 6,12078·1019
1 кВт·ч 3,60000·106 3,60000·1013 8,5985·105 2,24693·1025
1 л·атм 101,3278 1,013278·109 24,2017 63,24333·1019
1 межд. кал (calIT) 4,1868 4,1868·107 1 2,58287·1019
1 термохим. кал (калТХ) 4,18400 4,18400·107 0,99933 2,58143·1019
1 электронвольт (эВ) 1,60219·10−19 1,60219·10−12 3,92677·10−20 1

Виды энергии

Механика различает потенциальную энергию (или, в более общем случае, энергию взаимодействия тел или их частей между собой или с внешними полями) и кинетическую энергию (энергия движения).

Их сумма называется полной механической энергией.

Энергией обладают все виды полей. По этому признаку различают: электромагнитную (разделяемую иногда на электрическую и магнитную энергии), гравитационную и ядерную энергии (также может быть разделена на энергию слабого и сильного взаимодействий).

Термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы.

В химии рассматриваются такие величины, как энергия связи и энтальпия, имеющие размерность энергии, отнесённой к количеству вещества. См. также: химический потенциал.

Энергия взрыва иногда измеряется в тротиловом эквиваленте.

Кинетическая

Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в системе СИ — Джоуль. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением.

Потенциальная

Потенциальная энергия  — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счет работы сил поля. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы.[2]

Термин «потенциальная энергия» был введен в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином. Единицей измерения энергии в СИ является Джоуль. Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии

.

Электромагнитная

Гравитационная

Гравитационная энергия — потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным тяготением. Гравитационно-связанная система — система, в которой гравитационная энергия больше суммы всех остальных видов энергий (помимо энергии покоя). Общепринята шкала, согласно которой для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, гравитационная энергия отрицательна, а для бесконечно удалённых, то есть для гравитационно не взаимодействующих тел, гравитационную энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной и кинетической энергии постоянна, для изолированной системы гравитационная энергия является энергией связи. Системы с положительной полной энергией не могут быть стационарными.

Ядерная

Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях.

Энергия связи — энергия, которая требуется, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, неодинакова для разных химических элементов и, даже, изотопов одного и того же химического элемента.

Внутренняя

Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между её значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Химический потенциал

Химический потенциал  — один из термодинамических параметров системы, а именно энергия добавления одной частицы в систему без совершения работы.

Энергия взрыва

Взрыв — физический или/и химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов.

При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва. Энергию взрыва иногда измеряют в тротиловом эквиваленте — мере энерговыделения высокоэнергетических событий, выраженной в количестве тринитротолуола (ТНТ), выделяющем при взрыве равное количество энергии.

Проблемы энергопотребления

Существует довольно много форм энергии, большинство[3] из которых так или иначе используются в энергетике и различных современных технологиях.

Темпы энергопотребления растут во всем мире, поэтому на современном этапе развития цивилизации наиболее актуальна проблема энергосбережения.

Условно источники энергии можно поделить на два типа: невозобновляемые и постоянные. К первым относятся газ, нефть, уголь, уран и т. д. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, неэкологична, и многие из них истощаются. К постоянным источникам можно отнести энергию солнца, энергию, получаемую на ГЭС и т.  д.

История термина

Термин «энергия» происходит от слова energeia, которое впервые появилось в работах Аристотеля.

Томас Юнг первым использовал понятие «энергия» в современном смысле слова

Маркиза Эмили дю Шатле в книге «Уроки физики» (фр. Institutions de Physique, 1740), объединила идею Лейбница с практическими наблюдениями Виллема Гравезанда, чтобы показать: энергия движущегося объекта пропорциональна его массе и квадрату его скорости (не скорости самой по себе как полагал Исаак Ньютон).

В 1807 году Томас Юнг первым использовал термин «энергия» в современном смысле этого слова взамен понятия живая сила.[4]Гаспар-Гюстав Кориолис впервые использовал термин «кинетическая энергия» в 1829 году, а в 1853 году Уильям Ренкин впервые ввёл понятие «потенциальная энергия».

Несколько лет велись споры, является ли энергия субстанцией (теплород) или только физической величиной.

Развитие паровых двигателей требовало от инженеров разработать понятия и формулы, которые позволили бы им описать механический и термический КПД своих систем. Инженеры (Сади Карно), физики (Джеймс Джоуль), математики (Эмиль Клапейрон и Герман Гельмгольц[уточнить]) — все развивали идею, что способность совершать определённые действия, называемая работой, была как-то связана с энергией системы. В 1850-х годах, профессор натурфилософии из Глазго Уильям Томсон и инженер Уильям Ренкин начали работу по замене устаревшего языка механики с такими понятиями как «кинетическая и фактическая (actual) энергии».[4] Уильям Томсон соединил знания об энергии в законы термодинамики, что способствовало стремительному развитию химии. Рудольф Клаузиус, Джозайя Гиббс и Вальтер Нернст объяснили многие химические процессы, используя законы термодинамики. Развитие термодинамики было продолжено Клаузиусом, который ввёл и математически сформулировал понятие энтропии, и Джозефом Стефаном, который ввёл закон излучения абсолютно чёрного тела. В 1853 году Уильям Ренкин ввёл понятие «потенциальная энергия».[4] В 1881 году Уильям Томсон заявил перед слушателями:[5]

Само слово энергия, хотя и было впервые употреблено в современном смысле доктором Томасом Юнгом приблизительно в начале этого века, только сейчас входит в употребление практически после того, как теория, которая дала определение энергии, … развилась от просто формулы математической динамики до принципа, пронизывающего всю природу и направляющего исследователя в области науки.

Оригинальный текст  (англ.)  

The very name energy, though first used in its present sense by Dr Thomas Young about the beginning of this century, has only come into use practically after the doctrine which defines it had … been raised from mere formula of mathematical dynamics to the position it now holds of a principle pervading all nature and guiding the investigator in the field of science.

В течение следующих тридцати лет эта новая наука имела несколько названий, например, «динамическая теория тепла» (англ. dynamical theory of heat) и «энергетика» (англ. energetics). В 1920-х годах общепринятым стало название «термодинамика» — наука о преобразовании энергии.

Особенности преобразования тепла и работы были показаны в первых двух законах термодинамики. Наука об энергии разделилась на множество различных областей, таких как биологическая термодинамика и термоэкономика (англ. thermoeconomics). Параллельно развивались связанные понятия, такие как энтропия, мера потери полезной энергии, мощность, поток энергии за единицу времени, и так далее. В последние два века использование слова энергия в ненаучном смысле широко распространилось в популярной литературе.

В 1918 году было доказано, что закон сохранения энергии есть математическое следствие трансляционной симметрии времени, величины сопряжённой энергии. То есть энергия сохраняется, потому что законы физики не отличают разные моменты времени (см. Теорема Нётер, изотропия пространства).

В 1961 году выдающийся преподаватель физики и нобелевский лауреат, Ричард Фейнман в лекциях так выразился о концепции энергии:[6]

Существует факт, или, если угодно, закон, управляющей всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определённая величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлечено. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним.

Оригинальный текст  (англ.)  

There is a fact, or if you wish, a law, governing natural phenomena that are known to date. There is no known exception to this law—it is exact so far we know. The law is called conservation of energy; it states that there is a certain quantity, which we call energy that does not change in manifold changes which nature undergoes. That is a most abstract idea, because it is a mathematical principle; it says that there is a numerical quantity, which does not change when something happens. It is not a description of a mechanism, or anything concrete; it is just a strange fact that we can calculate some number, and when we finish watching nature go through her tricks and calculate the number again, it is the same.

— Фейнмановские лекции по физике[7]

См. также

Примечания

  1. Г. Д. Бурдун. Джоуль(единица энергии и работы) // Большая советская энциклопедия.
  2. Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теоретическая физика. — 5-е изд. — М.: Физматлит, 2004. — Т. I. Механика. — 224 с. — ISBN 5-9221-0055-6
  3. http://profbeckman.narod.ru/InformLekc.files/Inf03.pdf
  4. 1 2 3 Смит, Кросби. The science of energy: a cultural history of energy physics in Victorian Britain. — The University of Chicago Press, 1998. — ISBN 0-226-76421-4
  5. Томсон, Уильям. Об источниках энергии, доступных человеку для совершения механических эффектов = On the sources of energy available to man for the production of mechanical effect.  — BAAS Rep, 1881. С. 513
  6. Richard Feynman. The Feynman Lectures on Physics. — США: Addison Wesley, 1964. — Vol. 1. — ISBN 0-201-02115-3
  7. Фейнман, Ричард. Фейнмановские лекции по физике = The Feynman Lectures on Physics. — Т. 1.

Ссылки

Энергия — это… Что такое Энергия?

Эне́ргия (др.-греч. ἐνέργεια — «действие, деятельность, сила, мощь») — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то её энергия сохраняется во времени. Это утверждение носит название закона сохранения энергии. Понятие введено Аристотелем в трактате «Физика».

Фундаментальный смысл

С фундаментальной точки зрения энергия представляет собой интеграл движения (то есть сохраняющуюся при движении величину), связанный, согласно теореме Нётер, с однородностью времени. Таким образом, введение понятия энергии как физической величины целесообразно только в том случае, если рассматриваемая физическая система однородна во времени.

Энергия и работа

Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.

В специальной теории относительности

Энергия и масса

Согласно специальной теории относительности между массой и энергией существует связь, выражаемая знаменитой формулой Эйнштейна

где E — энергия системы, m — её масса, c — скорость света. Несмотря на то, что исторически предпринимались попытки трактовать это выражение как полную эквивалентность понятия энергии и массы, что, в частности, привело к появлению такого понятия как релятивистская масса, в современной физике принято сужать смысл этого уравнения, понимая под массой массу тела в состоянии покоя (так называемая масса покоя), а под энергией — только внутреннюю энергию, заключённую в системе.

Энергия тела, согласно законам классической механики, зависит от системы отсчета, то есть неодинакова для разных наблюдателей. Если тело движется со скоростью v относительно некоего наблюдателя, то для другого наблюдателя, движущегося с той же скоростью, оно будет казаться неподвижным. Соответственно, для первого наблюдателя кинетическая энергия тела будет равна, , где m — масса тела, а для другого наблюдателя — нулю.

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

Зависимость энергии тела от скорости рассматривается уже не так, как в ньютоновской физике, а согласно вышеназванной формуле Эйнштейна:

,

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

.

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

Энергия и импульс

Специальная теория относительности рассматривает энергию как компоненту 4-импульса (4-вектора энергии-импульса), в который наравне с энергией входят три пространственные компоненты импульса. Таким образом энергия и импульс оказываются связанными и оказывают взаимное влияние друг на друга при переходе из одной системы отсчёта в другую.

В квантовой механике

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

В квантовой механике величина энергии пропорциональна частоте и двойственна времени. В частности, в силу фундаментальных причин принципиально невозможно измерить абсолютно точно энергию системы в каком-либо процессе, время протекания которого конечно. При проведении серии измерения одного и того же процесса значения измеренной энергии будут флуктуировать, однако среднее значение всегда определяется законом сохранения энергии. Это приводит к тому, что иногда говорят, что в квантовой механике сохраняется средняя энергия.

В общей теории относительности

В общей теории относительности время не является однородным, поэтому возникают определённые проблемы при попытке введения понятия энергии. В частности, оказывается невозможным определить энергию гравитационного поля как тензор относительно общих преобразований координат.

Энергия и энтропия

Внутреняя энергия (или энергия хаотического движения молекул) является самым «деградированным» видом энергии — она не может превращаться в другие виды энергии без потерь (см.: энтропия).

Физическая размерность

Энергия E имеет размерность, равную:

В системе величин LMT энергия имеет размерность .

Соотношения между единицами энергии
Единица Эквивалент
в Дж в эрг в межд. кал в эВ
1 Дж 1 107 0,238846 0,624146·1019
1 эрг 10−7 1 2,38846·10−8 0,624146·1012
1 межд. Дж[1] 1,00020 1,00020·107 0,238891 0,624332·1019
1 кгс·м 9,80665 9,80665·107 2,34227 6,12078·1019
1 кВт·ч 3,60000·106 3,60000·1013 8,5985·105 2,24693·1025
1 л·атм 101,3278 1,013278·109 24,2017 63,24333·1019
1 межд. кал (calIT) 4,1868 4,1868·107 1 2,58287·1019
1 термохим. кал (калТХ) 4,18400 4,18400·107 0,99933 2,58143·1019
1 электронвольт (эВ) 1,60219·10−19 1,60219·10−12 3,92677·10−20 1

Виды энергии

Механика различает потенциальную энергию (или, в более общем случае, энергию взаимодействия тел или их частей между собой или с внешними полями) и кинетическую энергию (энергия движения). Их сумма называется полной механической энергией.

Энергией обладают все виды полей. По этому признаку различают: электромагнитную (разделяемую иногда на электрическую и магнитную энергии), гравитационную и ядерную энергии (также может быть разделена на энергию слабого и сильного взаимодействий).

Термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы.

В химии рассматриваются такие величины, как энергия связи и энтальпия, имеющие размерность энергии, отнесённой к количеству вещества. См. также: химический потенциал.

Энергия взрыва иногда измеряется в тротиловом эквиваленте.

Кинетическая

Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в системе СИ — Джоуль. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением.

Потенциальная

Потенциальная энергия  — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счет работы сил поля. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы. [2]

Термин «потенциальная энергия» был введен в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином. Единицей измерения энергии в СИ является Джоуль. Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии.

Электромагнитная

Гравитационная

Гравитационная энергия — потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным тяготением. Гравитационно-связанная система — система, в которой гравитационная энергия больше суммы всех остальных видов энергий (помимо энергии покоя). Общепринята шкала, согласно которой для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, гравитационная энергия отрицательна, а для бесконечно удалённых, то есть для гравитационно не взаимодействующих тел, гравитационную энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной и кинетической энергии постоянна, для изолированной системы гравитационная энергия является энергией связи. Системы с положительной полной энергией не могут быть стационарными.

Ядерная

Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях.

Энергия связи — энергия, которая требуется, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, неодинакова для разных химических элементов и, даже, изотопов одного и того же химического элемента.

Внутренняя

Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между её значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Химический потенциал

Химический потенциал  — один из термодинамических параметров системы, а именно энергия добавления одной частицы в систему без совершения работы.

Энергия взрыва

Взрыв — физический или/и химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов.

При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва. Энергию взрыва иногда измеряют в тротиловом эквиваленте — мере энерговыделения высокоэнергетических событий, выраженной в количестве тринитротолуола (ТНТ), выделяющем при взрыве равное количество энергии.

Проблемы энергопотребления

Существует довольно много форм энергии, большинство[3] из которых так или иначе используются в энергетике и различных современных технологиях.

Темпы энергопотребления растут во всем мире, поэтому на современном этапе развития цивилизации наиболее актуальна проблема энергосбережения.

Условно источники энергии можно поделить на два типа: невозобновляемые и постоянные. К первым относятся газ, нефть, уголь, уран и т. д. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, неэкологична, и многие из них истощаются. К постоянным источникам можно отнести энергию солнца, энергию, получаемую на ГЭС и т. д.

История термина

Термин «энергия» происходит от слова energeia, которое впервые появилось в работах Аристотеля.

Томас Юнг первым использовал понятие «энергия» в современном смысле слова

Маркиза Эмили дю Шатле в книге «Уроки физики» (фр. Institutions de Physique, 1740), объединила идею Лейбница с практическими наблюдениями Виллема Гравезанда, чтобы показать: энергия движущегося объекта пропорциональна его массе и квадрату его скорости (не скорости самой по себе как полагал Исаак Ньютон).

В 1807 году Томас Юнг первым использовал термин «энергия» в современном смысле этого слова взамен понятия живая сила.[4]Гаспар-Гюстав Кориолис впервые использовал термин «кинетическая энергия» в 1829 году, а в 1853 году Уильям Ренкин впервые ввёл понятие «потенциальная энергия».

Несколько лет велись споры, является ли энергия субстанцией (теплород) или только физической величиной.

Развитие паровых двигателей требовало от инженеров разработать понятия и формулы, которые позволили бы им описать механический и термический КПД своих систем. Инженеры (Сади Карно), физики (Джеймс Джоуль), математики (Эмиль Клапейрон и Герман Гельмгольц[уточнить]) — все развивали идею, что способность совершать определённые действия, называемая работой, была как-то связана с энергией системы. В 1850-х годах, профессор натурфилософии из Глазго Уильям Томсон и инженер Уильям Ренкин начали работу по замене устаревшего языка механики с такими понятиями как «кинетическая и фактическая (actual) энергии». [4] Уильям Томсон соединил знания об энергии в законы термодинамики, что способствовало стремительному развитию химии. Рудольф Клаузиус, Джозайя Гиббс и Вальтер Нернст объяснили многие химические процессы, используя законы термодинамики. Развитие термодинамики было продолжено Клаузиусом, который ввёл и математически сформулировал понятие энтропии, и Джозефом Стефаном, который ввёл закон излучения абсолютно чёрного тела. В 1853 году Уильям Ренкин ввёл понятие «потенциальная энергия».[4] В 1881 году Уильям Томсон заявил перед слушателями:[5]

Само слово энергия, хотя и было впервые употреблено в современном смысле доктором Томасом Юнгом приблизительно в начале этого века, только сейчас входит в употребление практически после того, как теория, которая дала определение энергии, … развилась от просто формулы математической динамики до принципа, пронизывающего всю природу и направляющего исследователя в области науки.

Оригинальный текст  (англ.)  

The very name energy, though first used in its present sense by Dr Thomas Young about the beginning of this century, has only come into use practically after the doctrine which defines it had … been raised from mere formula of mathematical dynamics to the position it now holds of a principle pervading all nature and guiding the investigator in the field of science.

В течение следующих тридцати лет эта новая наука имела несколько названий, например, «динамическая теория тепла» (англ. dynamical theory of heat) и «энергетика» (англ. energetics). В 1920-х годах общепринятым стало название «термодинамика» — наука о преобразовании энергии.

Особенности преобразования тепла и работы были показаны в первых двух законах термодинамики. Наука об энергии разделилась на множество различных областей, таких как биологическая термодинамика и термоэкономика (англ. thermoeconomics). Параллельно развивались связанные понятия, такие как энтропия, мера потери полезной энергии, мощность, поток энергии за единицу времени, и так далее. В последние два века использование слова энергия в ненаучном смысле широко распространилось в популярной литературе.

В 1918 году было доказано, что закон сохранения энергии есть математическое следствие трансляционной симметрии времени, величины сопряжённой энергии. То есть энергия сохраняется, потому что законы физики не отличают разные моменты времени (см. Теорема Нётер, изотропия пространства).

В 1961 году выдающийся преподаватель физики и нобелевский лауреат, Ричард Фейнман в лекциях так выразился о концепции энергии:[6]

Существует факт, или, если угодно, закон, управляющей всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определённая величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлечено. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним.

Оригинальный текст  (англ.)  

There is a fact, or if you wish, a law, governing natural phenomena that are known to date. There is no known exception to this law—it is exact so far we know. The law is called conservation of energy; it states that there is a certain quantity, which we call energy that does not change in manifold changes which nature undergoes. That is a most abstract idea, because it is a mathematical principle; it says that there is a numerical quantity, which does not change when something happens. It is not a description of a mechanism, or anything concrete; it is just a strange fact that we can calculate some number, and when we finish watching nature go through her tricks and calculate the number again, it is the same.

— Фейнмановские лекции по физике[7]

См. также

Примечания

  1. Г. Д. Бурдун. Джоуль(единица энергии и работы) // Большая советская энциклопедия.
  2. Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теоретическая физика. — 5-е изд. — М.: Физматлит, 2004. — Т. I. Механика. — 224 с. — ISBN 5-9221-0055-6
  3. http://profbeckman.narod.ru/InformLekc.files/Inf03.pdf
  4. 1 2 3 Смит, Кросби. The science of energy: a cultural history of energy physics in Victorian Britain. — The University of Chicago Press, 1998. — ISBN 0-226-76421-4
  5. Томсон, Уильям. Об источниках энергии, доступных человеку для совершения механических эффектов = On the sources of energy available to man for the production of mechanical effect.  — BAAS Rep, 1881. С. 513
  6. Richard Feynman. The Feynman Lectures on Physics. — США: Addison Wesley, 1964. — Vol. 1. — ISBN 0-201-02115-3
  7. Фейнман, Ричард. Фейнмановские лекции по физике = The Feynman Lectures on Physics. — Т. 1.

Ссылки

Энергия как физическая величина. Виды энергии

1. Кинетическая энергия велосипедиста 1 вид — рецептивный лёгкое 2 Б. Определение кинетической энергии велосипедиста.
2. Определение, свойства, единицы измерения энергии 1 вид — рецептивный лёгкое 2 Б. Определение, свойства, единицы измерения энергии.
3. Словесные определения формул 1 вид — рецептивный лёгкое 1 Б. Формулировки.
4. Единицы величин 1 вид — рецептивный лёгкое 2 Б. Единицы величин по теме «Работа и мощность».
5. Формулы (выражение переменных) 1 вид — рецептивный лёгкое 1 Б. Отработка навыка выражения переменных из формул.
6. Превращение одного вида энергии в другой 1 вид — рецептивный лёгкое 1 Б. Превращение одного вида энергии в другой.
7. Кинетическая энергия метеорита 2 вид — интерпретация среднее 4 Б. Вычисление кинетической энергии метеорита. Преобразование единиц измерения.
8. Изменение кинетической энергии 2 вид — интерпретация среднее 4 Б. Необходимо вычислить, на сколько изменилась кинетическая энергия.
9. Потенциальная энергия, определение совершённой работы 2 вид — интерпретация среднее 3 Б. Определение работы, проделанной при подъёме тела.
10. Изменение потенциальной энергии 2 вид — интерпретация среднее 3 Б. Вычисление изменения потенциальной энергии тела, если известны его вес, скорость и время подъёма.
11. Потенциальная энергия камня 3 вид — анализ среднее 4 Б. Вычисление потенциальной энергии. Изменение энергии тела при падении.
12. Механическая энергия 2 вид — интерпретация среднее 1 Б. Определение потенциальной или кинетической энергии тела, если известна его механическая энергия.
13. Неизвестная высота 2 вид — интерпретация среднее 2 Б. Требуется определить высоту, если известна масса предмета, и известно, на сколько возросла его потенциальная энергия при подъёме на данную высоту.
14. Потенциальная энергия тела относительно земли или крыши 2 вид — интерпретация среднее 3 Б. Требуется определить высоту, если известна масса предмета, и известно, на сколько возросла его потенциальная энергия при подъёме на данную высоту.
15. Изменение кинетической энергии (скорости) 2 вид — интерпретация среднее 4 Б. Изменение кинетической энергии (скорости) при увеличении (уменьшении) скорости (кинетической энергии).
16. Неизвестная скорость 2 вид — интерпретация среднее 3 Б. Вычисление скорости, если известна масса и кинетическая энергия.
17. Превращение одной энергии в другую 2 вид — интерпретация среднее 4 Б. Вычисление кинетической энергии яблока перед ударом о землю.
18. Неизвестная высота дирижабля 2 вид — интерпретация сложное 4 Б. Необходимо определить, на какую высоту поднимется дирижабль, если известна его масса, исходная высота, а также на сколько возросла его потенциальная энергия.
19. Потенциальная энергия коробок относительно пола 2 вид — интерпретация сложное 5 Б. Вычисление потенциальной энергии коробок, которые находятся на разной высоте относительно пола.
20. Сравнение энергий 3 вид — анализ сложное 3 Б. Необходимо выяснить, может ли шарик подняться вверх по уклону.

Энергия, работа, мощность, единицы измерения. Закон сохранения энергии

УФИМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по предмету “Концепции современного естествознания”

на тему:

 

“Энергия, работа, мощность, единицы измерения.

 Закон  сохранения энергии”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работу выполнила: студентка гр. БЭГ-13-01

Ишдавлетова  А. С.

Работу проверил: преподаватель

Кузнецов  В. В.

 

 

 

 

 

Уфа 2013

Содержание:

 

Оглавление

Введение.  3

1.Работа 3

2. Мощность 4

3. Кинетическая энергия тела. 5

4. Потенциальная энергия 5

5. Закон сохранения полной механической энергии 7

6. Энергия в биологии 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Существует экспериментальный факт: вечное движение механических устройств и машин невозможно.

Недопустимость  вечного движения говорит о том, что есть некая физическая величина, сохраняющаяся со временем.

Эта величина в физике получила название энергии. Энергия — общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи.

Энергия не возникает из ничего и не исчезает, она может переходить из одной  формы в другую —   закон сохранения энергии.

Этот закон  налагает строгие ограничения на возможности преобразования и использования  энергии.

Закон сохранения энергии для механических процессов  установлен   Лейбницем   в 1686 г., для немеханических явлений   Майером   в 1845 г.,              Джоулем в 1843   и Гельмгольцем в 1847.

1.Работа

   Сила, действующая на движущееся тело, совершает над ним работу.

Количественно совершаемая силой работа равна  произведению составляющей силы в направлении  движения на пройденное расстояние.

Например, на рис. 1 человек перемещает санки с  детьми на расстояние r, прилагая к веревке  постоянную силу F. Работа, которую производит человек над санками, равна: A = Fr×r.

Работа равна  произведению Fr×r, а не F, где Fr – составляющая полной силы F в направлении r. Поскольку Fr= Fcosα, приведенное выше выражение можно записать в виде:

A = Frcosα.

r

a

F

Рис. 1

В механике работа служит мерой передачи движения от одного тела к другому, или мерой перехода энергии от одного тела к другому.

Когда сила действует на движущееся тело и направление силы и скорости движения совпадают, то работу силы считают положительной.

Если же направление силы и перемещение  тела противоположны,  то работа силы   считается отрицательной.

   Работа и энергия измеряются  в СИ в единицах произведения  силы на расстояние, т.е. в ньютонах на метр (Н×м)

  Эта единица нашла довольно  широкое употребление и называется  джоулем (Дж).

В атомной и ядерной физике в  качестве единицы измерения энергии  широко используется электроновольт (эВ):

1 эВ = 1,6×10-19 Дж.

2. Мощность

Часто имеет значение быстрота, с  которой совершается работа. Скажем, на практике важно знать,  какую работу сможет выполнить данное устройство за фиксированное время.

Так, экскаватор способен выкопать котлован под фундамент дома за сутки.

Человек на ту же работу будет вынужден затратить год.

Иными словами, мощность – величина, характеризующая скорость совершения работы.

Мощность N есть отношение работы A ко времени t, за которое эта работа совершена:

N=A/t

Мощность измеряется в ваттах (Вт). 1 Вт=1Дж/с, то есть 1 Вт – это такая мощность, при которой работа в 1 Дж совершается за 1 с.

Также есть другая формула  расчета  мощности:

N=FVcosα

 

3. Кинетическая  энергия тела.

Движущееся тело представляет собой  самую простейшую форму движения материи.

Мерой величины этого движения является   кинетическая энергия.

Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью v, равна

K = mv2/2.

Размерность кинетической энергии  совпадает с размерностью работы (Дж)

Теорема о кинетической энергии: Изменение кинетической энергии тела (материальной точки) равно работе, совершенной приложенными к телу внешними силами за рассматриваемый промежуток времени.

Если работа внешних сил положительна, то кинетическая энергия увеличивается (тело разгоняется)

Если  работа внешних сил отрицательна, то кинетическая энергия уменьшается (тело замедляет движение) Пример – торможение под действием силы трения, работа которой отрицательна.

4. Потенциальная  энергия

Потенциальная энергия определяется взаимным положением тел (например, положением тела относительно поверхности Земли). Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения и определяется только начальным и конечным положениями тела. Такие силы называются консервативными.    

Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна  нулю.

Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Работа  силы тяжести

 

Эта работа равна изменению некоторой  физической величины mgh, взятому с противоположным знаком. Эту физическую величину называют потенциальной энергией тела в поле силы тяжести 

Eр = mgh.

Она равна работе, которую совершает  сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Работа силы тяжести равна изменению  потенциальной энергии тела, взятому  с противоположным знаком. A = –(Eр2 – Eр1). 
Понятие потенциальной энергии можно ввести и для силы упругости. Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами.

Потенциальной энергией пружины (или  любого упруго деформированного тела) называют величину:  

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Если в  начальном состоянии пружина  уже была деформирована, а ее удлинение  было равно x1, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x2 сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком: 

 

 

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой  посредством сил упругости.

Свойством консервативности наряду с силой тяжести и силой  упругости обладают некоторые другие виды сил, например, сила электростатического  взаимодействия между заряженными  телами. Сила трения не обладает этим свойством. Работа силы трения зависит от пройденного  пути. Понятие потенциальной энергии  для силы трения вводить нельзя.

5. Закон сохранения  полной механической энергии

Закон сохранения энергии – один из центральных Закон физики и техники.

Этот закон  налагает строгие ограничения на возможности извлечения энергии и её преобразования из одной формы в другую.

Закон сохранения энергии запрещает существование  вечных двигателей.

Согласно этому закону, сумма кинетической и потенциальной энергий всех тел в любой замкнутой консервативной системе остается постоянной.

Под замкнутой мы понимаем систему, в которой отсутствуют любые внешние силы.

Консервативность означает, что все силы взаимодействия в системе консервативны.

6. Энергия в  биологии

Химическая энергия  – одна из форм потенциальной энергии.  В процессе образования молекул межатомные силы притяжения совершают работу, и высвобождается энергия в виде тепла.

 В живых организмах источниками химической энергии служат углеводы (соединений углерода с водородом). Соединяясь с кислородом, углеводы образуют Н2О и СО2 с высвобождением энергии.

Количество  высвобождающейся энергии составляет 20000 Дж на 1 г углеводов. Почти вдвое  больше химической энергии на 1 г  запасено в жире животных.

Организм  человека может совершать в единицу  времени механическую работу около 100 Вт.

Даже во время  сна лишь для поддержания нормальных функций организма у взрослого  человека «топливо» сгорает со скоростью   80 Вт.

Эта величина называется основной скоростью обмена веществ. Такую же мощность потребляет электрическая лампочка средней  величины.

В бодрствующем состоянии, например на лекции по физике, студент расходует около 150 Вт, в  том числе: 80 Вт плюс около 40 Вт затрачиваются  на работу мозга и 15 Вт на работу сердца.

При умеренных  физических нагрузках, например, во время  езды на велосипеде   или во время  плавания   человек затрачивает  около 500 Вт.

Более тяжелые  нагрузки, например игра в баскетбол, футбол требуют затраты до 700 Вт.

Задача.

Подсчитаем, насколько хватит 450 г жира для  поддержания умеренных нагрузок (500 Вт). Иными словами, сколько времени должен выполнять физические упражнения человек с избытком веса, чтобы избавиться от 450 г жира?

Решение:

В одном грамме жира как «топливе» запасено около 40000 Дж энергии. Таким образом, 450 г жира имеют энергию Е = 18*106 Дж.

Мощность  Р связана с энергией соотношением Р = E/t, отсюда находим:

 

 

Проделывая  в течение 10 ч физические упражнения, можно сбросить 450 г жира, но при  этом появляется сильный аппетит.


Физика 7 Работа и мощность Энергия § 53 Механическая работа Единицы измерения работы

Физика 7. Работа и мощность. Энергия.

§ 53. Механическая работа. Единицы измерения работы.

Механическая работа — физическая величина, мера действия силы на тело.

При прямолинейном движении и действии силы вдоль направления движения механическая работа силы над телом равна произведению модуля силы на пройденный телом путь.

A = FS

Единица измерения работы — 1Джоуль (1Дж): работа силы в 1Н на пути в 1м.

1Дж = 1Н•м

§ 54. Мощность. Единицы измерения мощности.

Мощность — физическая величина, мера быстроты совершения работы.

Мощность равна отношению работы, совершенной силой над телом, ко времени, за которое эта работа совершена.

Единица измерения мощности — 1Ватт (1Вт): мощность, при которой за 1с совершается работа в 1Дж.

1Вт = 1 Дж/с

§ 55. Простые механизмы.

Механизм — приспособление для преобразования силы.

Простые механизмы: рычаг, блок, ворот, наклонная плоскость, клин, винт.

§ 56. Рычаг. Равновесие рычага.

Плечо силы: длина перпендикуляра, опущенного из точки опоры на линию действия силы ( — плечи сил).

Опыт: Условие равновесия рычага:

§ 57. Момент силы.

Момент силы — физическая величина, мера взаимодействия.

Момент силы равен произведению модуля этой силы на ее плечо.

[Н•м]

Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, вращающих его по часовой стрелке, равна сумме моментов сил, вращающих его против часовой стрелке.

Доказательство:  M1 = M2

§ 58. Рычаги в технике, быту, природе.

Примеры:

техника: пианино, пишущая машинка,…

быт: ножницы, кусачки,…

природа: смотри рисунок.

§ 59. Применение закона рычага к блоку.

Выигрыша в силе нет, так как плечи сил равны, а значит равны и силы.

Изменяет направление действия силы.

Дает выигрыш в силе в 2 раза, так как плечо силы F2 в 2 раза больше плеча силы F1, то есть:

F1= 2 F2

Изменяет направление действия силы.

§ 60. Равенство работ при использовании простых механизмов.

Золотое правило механики.

Золотое правило механики: Ни один механизм не дает выигрыша в работе.

Доказательство для рычага.

Пусть рычаг повернулся на угол .

Тогда точка приложения силы F1 прошла путь:, а точка приложения силы F2 прошла путь: .

Но тогда:,

или F1S1 = F2S2А1 = А2,

то есть работы сил равны друг другу.

§ 61. Коэффициент полезного действия (КПД) механизма.

Часть произведенной работы при пользовании механизмами всегда идет на преодоление силы трения и на перемещение частей самого механизма. Поэтому полезная работа (Ап) всегда меньше всей произведенной работы (АО).

КПД =  = %

КПД показывает, в какую часть произведенной работы механизм преобразует в полезную.

Для любого механизма он всегда меньше 100%.

§ 62. Энергия.

Способность тела или системы тел к совершению работы называется энергией (греческое, - действие, деятельность).

Энергия — общая мера различных форм движения и взаимодействия.

Совершаемая работа равна изменению энергии.

Энергия, как и работа, измеряется в Дж (Джоулях).

§ 63. Потенциальная и кинетическая энергия.

Потенциальной (латинское, potentia — сила) энергией системы тел называется энергия, которой она обладает из-за взаимного расположения взаимодействующих тел этой системы.

Пример: Если считать потенциальную энергию тела, лежащего на Земле, равной нулю, то потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h, равна работе, которую совершит сила тяжести при падении тела с этой высоты:

Кинетической (греческое,  — приводящий в движение) энергией тела называется энергия, которой оно обладает из-за своего движения.

Чем больше скорость и масса тела, тем больше его кинетическая энергия:

§ 64. Превращение одного вида механической энергии в другой.

Явления природы обычно сопровождаются превращением одного вида энергии в другой.

Что означает формула E=mc2 и как с ее помощью раздобыть много энергии — T&P

Все знают формулу E=mc

2, и все слышали, что ее Эйнштейн придумал. Многие даже знают, что Е обозначает энергию, m — массу, а c — скорость света. Но что все это означает?

Если взять обычную пальчиковую батарейку из пульта от телевизора, и превратить ее в энергию, то точно такую же энергию можно получить от 250 миллиардов таких же батареек, если использовать их по-старинке. Не очень хороший получается КПД.

А то и означает, что масса и энергия — это одно и то же. То есть масса — это частный случай энергии. Энергию, заключенную в массе чего угодно, можно посчитать по этой простой формуле.

Скорость света — это очень много. Это 299 792 458 метров в секунду или, если вам так удобнее, 1 079 252 848,8 километров в час. Из-за этой большой величины получается, что если превратить чайный пакетик целиком в энергию, то этого хватит, чтобы вскипятить 350 миллиардов чайников.

У меня есть пара грамм вещества, где мне получить мою энергию?

Перевести всю массу предмета в энергию можно, только если вы где-нибудь найдете столько же антиматерии. А ее получить в домашних условиях проблематично, этот вариант отпадает.

Термоядерный синтез

Существует очень много природных термоядерных реакторов, вы можете их наблюдать, просто взглянув на небо. Солнце и другие звезды — это и есть гигантские термоядерные реакторы.

Другой способ откусить от материи хоть сколько-то массы и превратить ее в энергию — это произвести термоядерный синтез. Берем два ядра водорода, сталкиваем их, получаем одно ядро гелия. Весь фокус в том, что масса двух ядер водорода немного больше, чем масса одного ядра гелия. Вот эта масса и превращается в энергию.

Но тут тоже не так все просто: ученые еще не научились поддерживать реакцию управляемого ядерного синтеза, промышленный термоядерный реактор фигурирует только в самых оптимистичных планах на середину этого столетия.

Ядерный распад

Ближе к реальности — реакция ядерного распада. Она вовсю используется в ядерных электростанциях. Это когда два больших ядра атома распадаются на два маленьких. При такой реакции масса осколков получается меньше массы ядра, пропавшая масса и уходит в энергию.

Ядерный взрыв — это тоже ядерный распад, но неуправляемый, прекрасная иллюстрация этой формулы.

Горение

Превращение массы в энергию вы можете наблюдать прямо у вас в руках. Зажгите спичку — и вот она. При некоторых химических реакциях, например, горения, выделяется энергия от потери массы. Но она очень мала по сравнению с реакцией распада ядра, и вместо ядерного взрыва у вас в руках происходит просто горение спички.

Более того, когда вы поели, еда через сложные химические реакции благодаря мизерной потере массы отдает энергию, которую вы потом используете, чтобы сыграть в настольный теннис, ну или на диване перед телеком, чтобы поднять пульт и переключить канал.

Так что, когда вы едите бутерброд, часть его массы превратится в энергию по формуле E=mc2.

В чем измеряется энергия удара. Дульная энергия пневматического оружия – теория и практика мощности

Состоялось в 1889 году на Втором международном конгрессе электриков. В тот год скончался известный английский ученый-физик Джеймс Прескотт Джоуль. Труды этого исследователя оказали большое влияние на становление термодинамики. Он открыл связь между плотностью электрического тока на величину электрического поля и выделяющимся количеством тепла (закон Джоуля – Ленца), внес значительный вклад в формирование концепции закона сохранения энергии. В честь этого ученого новая единица измерения и получила наименование джоуль.

Физические величины, измеряемые в джоулях

Энергия представляет собой физическую величину, которая выражает меру перехода одних форм материи в другие. В замкнутой физической системе энергия сохраняется в течение всего того времени, что система остается замкнутой – это называется законом сохранения энергии.

Существуют разные виды энергии. Кинетическая энергия зависит от скоростей движения точек механической системы, потенциальная характеризует запас энергии тела, который идет на приобретение кинетической, внутренняя представляет собой внутреннюю энергию молекулярных связей. Существует энергия электрического поля, гравитационная, ядерная энергия.

Превращение одних видов энергии в другие характеризует иная физическая величина – механическая работа. Она зависит от величины и направления силы, действующей на тело, и от перемещения тела в пространстве.

Еще одно важное понятие в классической термодинамике – теплота. Согласно первому началу термодинамики, получаемое системой количество теплоты идет на совершение работы, противодействующей внешним силам, и на изменение ее внутренней энергии.

Все три величины связаны друг с другом. Чтобы произошел теплообмен, в результате которого будет изменена внутренняя энергия той или иной системы, должна быть совершена механическая работа.

Характеристика джоуля

Джоуль как единица измерения механической работы равен работе, производимой при перемещении тела на расстояние в 1 метр силой, величина которой равна 1 , в том направлении, в котором действует эта сила.

Применительно к расчетам энергии электрического тока джоуль определяется как работа, которую в течение одной секунды совершает ток силой в 1 ампер при разнице потенциалов, равной одному вольту.

    ДЖОУЛЬ (единица измерения энергии) — ДЖОУЛЬ, единица энергии, работы и количества теплоты СИ (см. СИ (система единиц)). Названа по имени Дж. П. Джоуля. Обозначается Дж. 1 Дж = 107 эрг = 0,2388 кал = 6,24 . 1018 эВ … Энциклопедический словарь

    Джоуль (единица) — Эта статья о единице измерения, статья об учёном физике: Джоуль, Джеймс Прескотт Джоуль (обозначение: Дж, J) единица измерения работы и энергии в системе СИ. Джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному… … Википедия

    Единица измерения Сименс — Сименс (обозначение: См, S) единица измерения электрической проводимости в системе СИ, величина обратная ому. До Второй мировой войны (в СССР до 1960 х годов) сименсом называлась единица электрического сопротивления, соответсвующая сопротивлению … Википедия

    Грей (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Грей. Грей (обозначение: Гр, Gy) единица измерения поглощённой дозы ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ). Поглощённая доза равна одному грею, если в результате… … Википедия

    Грэй (единица измерения) — Грэй (обозначение: Гр, Gy) единица измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения в системе СИ. Поглощенная доза равна одному грэю, если, в результате поглощения ионизирующего излучения, вещество получило один джоуль энергии в расчёте на один … Википедия

    Зиверт (единица измерения) — Зиверт (обозначение: Зв, Sv) единица измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ), используется с 1979 г. 1 зиверт это количество энергии, поглощённое килограммом… … Википедия

    Беккерель (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Беккерель. Беккерель (обозначение: Бк, Bq) единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). Один беккерель определяется как активность источника, в… … Википедия

    Ватт (единица измерения) — О типе морских побережий см. Ватты Ватт (обозначение: Вт, W) в системе СИ единица измерения мощности. Различают механическую, тепловую и электрическую мощность: в механике 1 ватт равен мощности, при которой за 1 секунду времени совершается… … Википедия

    Ньютон (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Ньютон. Ньютон (обозначение: Н) единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ). Принятое международное название newton (обозначение: N). Ньютон производная единица. Исходя из второго… … Википедия

    Сименс (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Сименс. Сименс (русское обозначение: См; международное обозначение: S) единица измерения электрической проводимости в Международной системе единиц (СИ), величина обратная ому. Через другие… … Википедия

Физика — наука естественного направления. Наверное, именно поэтому ей уделяется большое внимание в школьном курсе. Часто ученики сталкиваются с вопросом о том, что измеряется в джоулях. Это вполне ожидаемо, так как разные могут включать в себя эту величину. Однако если попробовать немного разобраться в теме, то сразу станет все на свои места. Где же вы можете встретить то, что измеряется в джоулях? Ответ не прост, но понятен.

Все начинается с простой формулы A=F*S. На подобную зависимость контрольная работа может попасться уже после первого месяца знакомства с физикой. Если сразу понять, что к чему, то можно начать вполне успешное знакомство с наукой. F — сумма всех действующих сил, приложенных к телу, которая повлияла на изменение положения тела. Она измеряется в ньютонах. Суждение о том, что сила измеряется в джоулях, неверно. S — путь, которое прошло тело. В единицах СИ оно обозначено метрами. Таким образом, 1 Дж = 1 Н * 1 м. То есть фактически мы нашли работу с физической точки зрения. И совершенно неважно, кем и при каких обстоятельствах она была совершена.

Далее, как правило, в восьмом классе изучаются тепловые процессы. Здесь вводится много новых понятий. Основная формула: Q=cm(t1-t2). Здесь опять возникает вопрос о том, что измеряется в джоулях в данной зависимости. И, кстати, заметим, что возникла какая-то непонятная переменная c. На самом деле это вещества. Стоит отметить, что это, как правило, величина постоянная, измеренная уже давно. Ее размерность: Отсюда легко заметить, что стоит перемножить эту величину на массу и на некоторую температуру, то получатся джоули. То есть буква Q. Она-то и измеряется в них. Стоит сказать, что на самом деле тепло — энергия. Например, в двигателях внутреннего сгорания сначала выделяется Q, которая затем с некоторым КПД переходит в A=F*S. На этом, в принципе, могут быть основаны некоторые олимпиадные задачи для 7-8 класса.

Еще одним большим разделом, который следует рассмотреть для того, чтобы узнать, что измеряется в джоулях, является «Электричество». Конечно, в более глобальных рамках называется он несколько иначе, но для школьной трактовки подойдет и такое обозначение. Многие знают, на каком принципе основаны лампы накаливания. Откуда же появляется Да, электрический ток совершает некоторую работу, которую можно рассчитать по формуле A=I*I*T*t. Здесь t — время, I — R — сопротивление. Здесь работа также измеряется в джоулях.

Нельзя не сказать о механике, в которой рассматриваемая величина имеет немалое применение. Часто в школьных задачах имеет смысл Закон сохранения энергии. Так вот как раз и измеряется в Джоулях. Основной смысл формулировки закона заключается в том, что тело имеет какую-то энергию при движении, тепловых процессах и других физических процессах. И если, например, деревянный брусок скользит по поверхности и останавливается, то это не значит, что он теряет энергию. Просто она уходит на работу

Таким образом, вы узнали, что измеряется в джоулях. Как видно, эта характеристика используется во многих совершенно различных разделах физики. Однако если понять суть, то станет намного легче.

Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 джоуль [Дж] = 0,101971621300936 килограмм-сила-метр [кгс·м]

Исходная величина

Преобразованная величина

джоуль гигаджоуль мегаджоуль килоджоуль миллиджоуль микроджоуль наноджоуль аттоджоуль мегаэлектронвольт килоэлектронвольт электрон-вольт эрг гигаватт-час мегаватт-час киловатт-час киловатт-секунда ватт-час ватт-секунда ньютон-метр лошадиная сила-час лошадиная сила (метрич.)-час международная килокалория термохимическая килокалория международная калория термохимическая калория большая (пищевая) кал. брит. терм. единица (межд., IT) брит. терм. единица терм. мега BTU (межд., IT) тонна-час (холодопроизводительность) эквивалент тонны нефти эквивалент барреля нефти (США) гигатонна мегатонна ТНТ килотонна ТНТ тонна ТНТ дина-сантиметр грамм-сила-метр· грамм-сила-сантиметр килограмм-сила-сантиметр килограмм-сила-метр килопонд-метр фунт-сила-фут фунт-сила-дюйм унция-сила-дюйм футо-фунт дюймо-фунт дюймо-унция паундаль-фут терм терм (ЕЭС) терм (США) энергия Хартри эквивалент гигатонны нефти эквивалент мегатонны нефти эквивалент килобарреля нефти эквивалент миллиарда баррелей нефти килограмм тринитротолуола Планковская энергия килограмм обратный метр герц гигагерц терагерц кельвин aтомная единица массы

Общие сведения

Энергия — физическая величина, имеющая большое значение в химии, физике, и биологии. Без нее жизнь на земле и движение невозможны. В физике энергия является мерой взаимодействия материи, в результате которого выполняется работа или происходит переход одних видов энергии в другие. В системе СИ энергия измеряется в джоулях. Один джоуль равен энергии, расходуемой при перемещении тела на один метр силой в один ньютон.

Энергия в физике

Кинетическая и потенциальная энергия

Кинетическая энергия тела массой m , движущегося со скоростью v равна работе, выполняемой силой, чтобы придать телу скорость v . Работа здесь определяется как мера действия силы, которая перемещает тело на расстояние s . Другими словами, это энергия движущегося тела. Если же тело находится в состоянии покоя, то энергия такого тела называется потенциальной энергией. Это энергия, необходимая, чтобы поддерживать тело в этом состоянии.

Например, когда теннисный мяч в полете ударяется об ракетку, он на мгновение останавливается. Это происходит потому, что силы отталкивания и земного притяжения заставляют мяч застыть в воздухе. В этот момент у мяча есть потенциальная, но нет кинетической энергии. Когда мяч отскакивает от ракетки и улетает, у него, наоборот, появляется кинетическая энергия. У движущегося тела есть и потенциальная и кинетическая энергия, и один вид энергии преобразуется в другой. Если, к примеру, подбросить вверх камень, он начнет замедлять скорость во время полета. По мере этого замедления, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Это преобразование происходит до тех пор, пока запас кинетической энергии не иссякнет. В этот момент камень остановится и потенциальная энергия достигнет максимальной величины. После этого он начнет падать вниз с ускорением, и преобразование энергии произойдет в обратном порядке. Кинетическая энергия достигнет максимума, при столкновении камня с Землей.

Закон сохранения энергии гласит, что суммарная энергия в замкнутой системе сохраняется. Энергия камня в предыдущем примере переходит из одной формы в другую, и поэтому, несмотря на то, что количество потенциальной и кинетической энергии меняется в течение полета и падения, общая сумма этих двух энергий остается постоянной.

Производство энергии

Люди давно научились использовать энергию для решения трудоемких задач с помощью техники. Потенциальная и кинетическая энергия используется для совершения работы, например, для перемещения предметов. Например, энергия течения речной воды издавна используется для получения муки на водяных мельницах. Чем больше людей использует технику, например автомобили и компьютеры, в повседневной жизни, тем сильнее возрастает потребность в энергии. Сегодня большая часть энергии вырабатывается из невозобновляемых источников. То есть, энергию получают из топлива, добытого из недр Земли, и оно быстро используется, но не возобновляется с такой же быстротой. Такое топливо — это, например уголь, нефть и уран, который используется на атомных электростанциях. В последние годы правительства многих стран, а также многие международные организации, например, ООН, считают приоритетным изучение возможностей получения возобновляемой энергии из неистощимых источников с помощью новых технологий. Многие научные исследования направлены на получение таких видов энергии с наименьшими затратами. В настоящее время для получения возобновляемой энергии используются такие источники как солнце, ветер и волны.

Энергия для использования в быту и на производстве обычно преобразуется в электрическую при помощи батарей и генераторов. Первые в истории электростанции вырабатывали электроэнергию, сжигая уголь, или используя энергию воды в реках. Позже для получения энергии научились использовать нефть, газ, солнце и ветер. Некоторые большие предприятия содержат свои электростанции на территории предприятия, но большая часть энергии производится не там, где ее будут использовать, а на электростанциях. Поэтому главная задача энергетиков — преобразовать произведенную энергию в форму, позволяющую легко доставить энергию потребителю. Это особенно важно, когда используются дорогие или опасные технологии производства энергии, требующие постоянного наблюдения специалистами, такие как гидро- и атомная энергетика. Именно поэтому для бытового и промышленного использования выбрали электроэнергию, так как ее легко передавать с малыми потерями на большие расстояния по линиям электропередач.

Электроэнергию преобразуют из механической, тепловой и других видов энергии. Для этого вода, пар, нагретый газ или воздух приводят в движение турбины, которые вращают генераторы, где и происходит преобразование механической энергии в электрическую. Пар получают, нагревая воду с помощью тепла, получаемого при ядерных реакциях или при сжигании ископаемого топлива. Ископаемое топливо добывают из недр Земли. Это газ, нефть, уголь и другие горючие материалы, образованные под землей. Так как их количество ограничено, они относятся к невозобновляемым видам топлива. Возобновляемые энергетические источники — это солнце, ветер, биомасса, энергия океана, и геотермальная энергия.

В отдаленных районах, где нет линий электропередач, или где из-за экономических или политических проблем регулярно отключают электроэнергию, используют портативные генераторы и солнечные батареи. Генераторы, работающие на ископаемом топливе, особенно часто используют как в быту, так и в организациях, где совершенно необходима электроэнергия, например, в больницах. Обычно генераторы работают на поршневых двигателях, в которых энергия топлива преобразуется в механическую. Также популярны устройства бесперебойного питания с мощными батареями, которые заряжаются когда подается электроэнергия, а отдают энергию во время отключений.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 мегаджоуль [МДж] = 1000000 джоуль [Дж]

Исходная величина

Преобразованная величина

джоуль гигаджоуль мегаджоуль килоджоуль миллиджоуль микроджоуль наноджоуль аттоджоуль мегаэлектронвольт килоэлектронвольт электрон-вольт эрг гигаватт-час мегаватт-час киловатт-час киловатт-секунда ватт-час ватт-секунда ньютон-метр лошадиная сила-час лошадиная сила (метрич.)-час международная килокалория термохимическая килокалория международная калория термохимическая калория большая (пищевая) кал. брит. терм. единица (межд., IT) брит. терм. единица терм. мега BTU (межд., IT) тонна-час (холодопроизводительность) эквивалент тонны нефти эквивалент барреля нефти (США) гигатонна мегатонна ТНТ килотонна ТНТ тонна ТНТ дина-сантиметр грамм-сила-метр· грамм-сила-сантиметр килограмм-сила-сантиметр килограмм-сила-метр килопонд-метр фунт-сила-фут фунт-сила-дюйм унция-сила-дюйм футо-фунт дюймо-фунт дюймо-унция паундаль-фут терм терм (ЕЭС) терм (США) энергия Хартри эквивалент гигатонны нефти эквивалент мегатонны нефти эквивалент килобарреля нефти эквивалент миллиарда баррелей нефти килограмм тринитротолуола Планковская энергия килограмм обратный метр герц гигагерц терагерц кельвин aтомная единица массы

Общие сведения

Энергия — физическая величина, имеющая большое значение в химии, физике, и биологии. Без нее жизнь на земле и движение невозможны. В физике энергия является мерой взаимодействия материи, в результате которого выполняется работа или происходит переход одних видов энергии в другие. В системе СИ энергия измеряется в джоулях. Один джоуль равен энергии, расходуемой при перемещении тела на один метр силой в один ньютон.

Энергия в физике

Кинетическая и потенциальная энергия

Кинетическая энергия тела массой m , движущегося со скоростью v равна работе, выполняемой силой, чтобы придать телу скорость v . Работа здесь определяется как мера действия силы, которая перемещает тело на расстояние s . Другими словами, это энергия движущегося тела. Если же тело находится в состоянии покоя, то энергия такого тела называется потенциальной энергией. Это энергия, необходимая, чтобы поддерживать тело в этом состоянии.

Например, когда теннисный мяч в полете ударяется об ракетку, он на мгновение останавливается. Это происходит потому, что силы отталкивания и земного притяжения заставляют мяч застыть в воздухе. В этот момент у мяча есть потенциальная, но нет кинетической энергии. Когда мяч отскакивает от ракетки и улетает, у него, наоборот, появляется кинетическая энергия. У движущегося тела есть и потенциальная и кинетическая энергия, и один вид энергии преобразуется в другой. Если, к примеру, подбросить вверх камень, он начнет замедлять скорость во время полета. По мере этого замедления, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Это преобразование происходит до тех пор, пока запас кинетической энергии не иссякнет. В этот момент камень остановится и потенциальная энергия достигнет максимальной величины. После этого он начнет падать вниз с ускорением, и преобразование энергии произойдет в обратном порядке. Кинетическая энергия достигнет максимума, при столкновении камня с Землей.

Закон сохранения энергии гласит, что суммарная энергия в замкнутой системе сохраняется. Энергия камня в предыдущем примере переходит из одной формы в другую, и поэтому, несмотря на то, что количество потенциальной и кинетической энергии меняется в течение полета и падения, общая сумма этих двух энергий остается постоянной.

Производство энергии

Люди давно научились использовать энергию для решения трудоемких задач с помощью техники. Потенциальная и кинетическая энергия используется для совершения работы, например, для перемещения предметов. Например, энергия течения речной воды издавна используется для получения муки на водяных мельницах. Чем больше людей использует технику, например автомобили и компьютеры, в повседневной жизни, тем сильнее возрастает потребность в энергии. Сегодня большая часть энергии вырабатывается из невозобновляемых источников. То есть, энергию получают из топлива, добытого из недр Земли, и оно быстро используется, но не возобновляется с такой же быстротой. Такое топливо — это, например уголь, нефть и уран, который используется на атомных электростанциях. В последние годы правительства многих стран, а также многие международные организации, например, ООН, считают приоритетным изучение возможностей получения возобновляемой энергии из неистощимых источников с помощью новых технологий. Многие научные исследования направлены на получение таких видов энергии с наименьшими затратами. В настоящее время для получения возобновляемой энергии используются такие источники как солнце, ветер и волны.

Энергия для использования в быту и на производстве обычно преобразуется в электрическую при помощи батарей и генераторов. Первые в истории электростанции вырабатывали электроэнергию, сжигая уголь, или используя энергию воды в реках. Позже для получения энергии научились использовать нефть, газ, солнце и ветер. Некоторые большие предприятия содержат свои электростанции на территории предприятия, но большая часть энергии производится не там, где ее будут использовать, а на электростанциях. Поэтому главная задача энергетиков — преобразовать произведенную энергию в форму, позволяющую легко доставить энергию потребителю. Это особенно важно, когда используются дорогие или опасные технологии производства энергии, требующие постоянного наблюдения специалистами, такие как гидро- и атомная энергетика. Именно поэтому для бытового и промышленного использования выбрали электроэнергию, так как ее легко передавать с малыми потерями на большие расстояния по линиям электропередач.

Электроэнергию преобразуют из механической, тепловой и других видов энергии. Для этого вода, пар, нагретый газ или воздух приводят в движение турбины, которые вращают генераторы, где и происходит преобразование механической энергии в электрическую. Пар получают, нагревая воду с помощью тепла, получаемого при ядерных реакциях или при сжигании ископаемого топлива. Ископаемое топливо добывают из недр Земли. Это газ, нефть, уголь и другие горючие материалы, образованные под землей. Так как их количество ограничено, они относятся к невозобновляемым видам топлива. Возобновляемые энергетические источники — это солнце, ветер, биомасса, энергия океана, и геотермальная энергия.

В отдаленных районах, где нет линий электропередач, или где из-за экономических или политических проблем регулярно отключают электроэнергию, используют портативные генераторы и солнечные батареи. Генераторы, работающие на ископаемом топливе, особенно часто используют как в быту, так и в организациях, где совершенно необходима электроэнергия, например, в больницах. Обычно генераторы работают на поршневых двигателях, в которых энергия топлива преобразуется в механическую. Также популярны устройства бесперебойного питания с мощными батареями, которые заряжаются когда подается электроэнергия, а отдают энергию во время отключений.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Измерение передачи энергии | IOPSpark

Энергетика и теплофизика

Учебное пособие для 14-16

Во многих случаях вам может понадобиться узнать, как быстро передается энергия:

  • электродвигатель, приводящий в действие швейную машину или токарный станок
  • погружной нагреватель в баке для воды для подогрева воды в ванне
  • солнечный свет концентрируется зеркалами на бойлере с водой для производства пара
  • громкоговоритель, излучающий звуковые волны
  • ваше собственное тело, поднимающее само себя или вес.

Вы можете захотеть узнать, сколько энергии передается за день, чтобы знать, сколько топлива было использовано, и, таким образом, рассчитать размер счета за топливо.

Скорость передачи энергии называется мощностью.

Эффективность

Эффективность машины — это мера того, сколько энергии передается машине (например, из энергии, химически запасенной в топливе и кислороде) и сколько затем передается для выполнения полезной работы (например, в энергию). сохраняется под действием силы тяжести, когда лифт, полный людей, поднимается вверх).

Эффективность = полезная энергия, переданная от машиныэнергия, переданная машине x100%

Машины не на 100% эффективны, потому что энергия рассеивается в окружающую среду; прогревая его. Эти энергетические «потери» можно уменьшить, но никогда не устранить.

«Потерянная» энергия

Автомобили и электростанции нуждаются в системах охлаждения; рассеиваемая энергия должна куда-то идти. Существует тенденция к одностороннему переносу энергии. Энергия, накопленная термически в высокотемпературной печи, может быть использована для совершения работы.Энергия, хранящаяся термически в окружающей среде (при более низкой температуре), не может. Чайник с кипящей водой может привести в действие модель паровой машины; но опустошенный в ванну с холодной водой, он обеспечит только прохладную ванну, в которой не может работать паровая машина. Есть такое же количество энергии, но оно менее доступно, менее полезно.

Диапазон мощностей электродвигателя

Машины имеют максимальную мощность, на которой они работают, что является компромиссом между нагрузкой и временем, которое им требуется для выполнения работы.Если двигатель вращается без поднятия нагрузки, то полезная выходная мощность равна нулю; вся входная мощность используется для обдува воздуха и его небольшого нагрева. Если двигатель заглох из-за слишком большой нагрузки, его полезная мощность снова равна нулю. Между этими двумя крайностями двигатель имеет широкий диапазон регулируемых характеристик передачи мощности.

Ватт и его происхождение

Единицей мощности в системе СИ является ватт. Ватт — это не просто электрическая единица, хотя чаще всего мы сталкиваемся с ним в применении к электрическим устройствам.Автомобильные двигатели также могут быть оценены в ваттах.

До эпохи паровых двигателей машины, используемые для откачки воды из шахт, приводились в движение лошадьми. Деловое партнерство между Мэтью Бултоном и Джеймсом Ваттом в конце 18 века описывается следующим образом:

«Идея Боултона заключалась в том, что он будет продавать то, что никто никогда не продавал раньше — мощность. Он действительно использовал эти слова; он писал российской императрице Екатерине, говоря: «Я продаю то, чего хочет весь мир: власть».И вот как он это сделал. Он отправил своих людей в Корнуолл, чтобы сказать: «Мы предлагаем двигатели на этих условиях. Наша фирма Boulton & Watt установит двигатели бесплатно, безвозмездно и бесплатно на вашей шахте. Мы будем обслуживать их первые пять лет, и все, что мы просим взамен, это треть разницы между стоимостью угля и стоимостью сена для лошадей, которые должны выполнять тот же объем работы». Владельцы шахты подумали, что он явно сошел с ума, но приняли предложение.

«Теперь, конечно, возник спорный вопрос о том, сколько работы может выполнять лошадь. …Ватт измерял количество работы, которую могла выполнить лошадь, заставляя лошадь тянуть что-то, поднятое на шкиве. Он представлял себе работу как произведение силы и расстояния, а мощность — как скорость выполнения работы». [Дж. Д. Бернал (1973) Расширение человека: история физики до 1900 г. . Паладин стр. 270, 271]

В современных значениях 1 лошадиная сила = 746 Вт.Чтобы дать «чувство» размера ватта, речь идет о количестве энергии, передаваемой крысой в секунду. Таким образом, ватт равен примерно 1 крысиной силе.

Киловатт-час

Общая единица энергии используется энергетическими компаниями для измерения количества энергии, передаваемой электрическими устройствами, которые используют потребители. Эта единица – киловатт-час. Это означает, что энергия передается со скоростью один киловатт в час. (Единица мощности умножается на время, чтобы получить единицу энергии.)

1 кВтч = 1000 x 60 x 60 = 3 600 000 джоулей.

Люди могут стабильно работать с мощностью около 100 Вт. Мы платим около 8 пенсов за киловатт-час энергии, переданной нам электрическими компаниями. Если бы нам платили столько же за работу, это было бы всего 0,8 пенса за час.

На такую ​​зарплату нельзя прожить в странах, где моторы с кнопочным управлением в изобилии. Но в развивающемся мире, где натуральное хозяйство зависит от ручного труда, это представляет собой реальный «обменный курс».Промышленно развитый мир создал «электростанции», которые действуют как рабы, работающие на каждого из своих граждан. Электростанция мощностью 1 ГВт обеспечивает мощность 10 миллионов ведомых устройств, работающих с мощностью 100 Вт.

Введение в потенциальную энергию

Энергия не только заставляет мир вращаться (буквально), но также является фундаментальной основой всех процессов во Вселенной. Каждое движение, каждая реакция — все — дает или получает энергию [1] .

Подобно материи, которая является просто энергией в другой форме, энергия не может быть создана или уничтожена. А в материи, включая каждого человека и вещь на Земле, содержится форма энергии, которая готова изменить форму и воздействовать на другие объекты поблизости и, возможно, за его пределами. Это потенциальная энергия, один из самых важных процессов в известной вселенной .

Что такое потенциальная энергия?  

Потенциальная энергия является существенной формой энергии и является одним из двух основных типов, а другой является кинетической энергией.Термин «потенциальная энергия» был впервые введен шотландским физиком Уильямом Рэнкином в 19 веке, и с тех пор он является одним из столпов физики. [2] Эта форма энергии хранится в объектах, которые обладают потенциалом высвобождения этой энергии из-за положения, в котором они находятся, что делает их положение относительным.

Лучше всего это демонстрируется на примере рогатки, которая накапливает энергию , создаваемую оттягиванием назад резинки. Потенциальная энергия , хранящаяся в откате, отвечает за энергию, возникающую при высвобождении, известную как кинетическая энергия.Однако потенциальная энергия хранится не только в упругих объектах. Все, что подвешено над землей или на склоне, способно накапливать потенциальную энергию [3] .   

Когда объекты смещаются из положений равновесия, они получают энергию — что может произойти от отпускания рогатки или от силы гравитации, притягивающей объект к Земле. Полученная энергия исходит из потенциальной энергии, которая была запасена в объектах до того, как они были выбиты из равновесия упругим отскоком или гравитацией [4] .Это связано с сохранением энергии [5] .

Что такое определение потенциальной энергии?  

источник

Энергия — это способность совершать работу, когда к объекту прикладывается сила и он движется [6] .

Потенциальная энергия — это, по существу, накопленная энергия, которая способна выполнять работу из-за положения или состояния рассматриваемого объекта [7] .

В терминах, более ориентированных на физику, потенциальная энергия определяется как энергия, хранящаяся в системе сильно взаимодействующих физических объектов [8] .Эти «физические сущности» лучше классифицировать как «объекты» — от мельчайших частиц до крупных компонентов Солнечной системы. Они содержат запасенную энергию, которая передается в движение.

Кинетическая энергия, которая является формой энергии, создаваемой при высвобождении потенциальной энергии, является энергией движения . Все движущиеся объекты высвобождают кинетическую энергию [9] , которая всегда создается за счет высвобождения потенциальной энергии, хранящейся в неподвижном состоянии, и приводится в движение гравитационными или упругими силами.

Что означает потенциальная энергия?  

Значение потенциальной энергии довольно простое: это форма энергии, которая потенциально может выполнять работу, но не совершает активно работы и не применяет какую-либо силу к каким-либо другим объектам [10] . Другими словами, потенциальная энергия касается положения объектов, а не их движения.

Понятие потенциальной энергии иногда трудно понять, поскольку энергия часто рассматривается в терминах движения.Понимание кинетической энергии интуитивно проще, потому что более очевидно, что движущиеся объекты обладают энергией. Удар брошенным мячом или движущимся транспортным средством может заставить кого-то почувствовать энергию, которую несут эти объекты. Но понять, что внутри стационарных объектов есть форма энергии, где она заперта и храниться до тех пор, пока не выйдет из равновесия, немного сложнее.

Согласно определению потенциальной энергии Эдукалинго, это форма энергии, которая «связана с силами, которые действуют на тело таким образом, который зависит только от положения тела в пространстве. [11]   

Где хранится потенциальная энергия?  

Технически потенциальная энергия хранится внутри материи, хотя к объекту необходимо приложить силу, чтобы он мог накопить потенциальную энергию [12] . Однако, хотя сама энергия хранится в массе объекта, должна присутствовать другая сила (гравитационная или упругая), чтобы высвободить потенциальную энергию [13] .

Представьте себе объект, похожий на шар для боулинга, который поднимается на вершину пятиметровой башни перед свободным падением.Высота против гравитации определяет количество потенциальной энергии, запасенной в этом объекте. Однако сама энергия по-прежнему хранится внутри объекта. [14] В этом случае гравитация Земли необходима для создания запасенной энергии, но она не может храниться в самой гравитационной силе.

То же самое верно и для рогатки: потенциальная энергия хранится в летящем предмете, а не в резинке. Масса объекта необходима для создания напряжения в ленте, которая наполняется потенциальной энергией по мере натяжения.После высвобождения потенциальная энергия в объекте высвобождается и преобразуется в кинетическую энергию при передаче энергии — упругость — это просто сила, создающая переход энергии, точно так же, как гравитация в примере с шаром для боулинга.

Откуда берется потенциальная энергия?  

Потенциальная энергия исходит из материи — это неотъемлемое свойство всего с массой [15] . Но необходима сила, либо упругая, либо гравитационная, чтобы придать материи потенциальную энергию[16].Без сил потенциальная энергия не существовала бы.

Потенциальная энергия хранится внутри любого объекта, который затем подвергается нарушению равновесия. Когда это равновесие нарушается, потенциальная энергия, исходящая от сил, приводящих объект в стационарное равновесие, превращается в кинетическую энергию, или энергию движения [17] . Потенциальная энергия передается объекту или процессу, который движется или отдает кинетическую энергию.

Как найти потенциальную энергию системы?  

Есть несколько уравнений, чтобы найти количество энергии, которой обладает объект.Возможно, самое известное уравнение всех времен, E=MC², представляет собой формулу для нахождения энергии объекта путем умножения его массы на квадрат ускорения свободного падения [18] . Однако это применимо только к кинетической энергии.

Чтобы найти потенциальную энергию объекта из-за гравитации, уравнение выглядит следующим образом: Ep=mgh (Потенциальная энергия = масса × гравитация × высота) . [19] Все, что нужно, — это вес (масса) объекта и измерение того, насколько высоко он расположен над землей, чтобы найти потенциальную энергию объекта — просто умножьте вес на гравитационную постоянную, равную 9.8 м/с2, а затем по высоте расположения объекта в качестве ориентира[20].

Что является примером потенциальной энергии?  

Учитывая, что потенциальная энергия ежедневно пронизывает каждый аспект повседневной жизни, тому есть бесчисленное множество примеров.

Сани на вершине заснеженного холма обладают потенциальной энергией. То же самое можно сказать и о пропеллере игрушечного самолета, затянутого резинкой. Ветви деревьев вдоль крон деревьев в лесу обладают потенциальной энергией и могут упасть всякий раз, когда равновесие сил, удерживающих их, становится неуравновешенным. То же самое можно сказать и о камнях на краю утеса, статуях на выступах зданий и деревянных табличках, висящих над дверными проемами. Потенциальная энергия есть буквально везде.

Какие существуют виды потенциальной энергии?  

источник

Хотя потенциальная энергия сама по себе является одной из двух основных форм энергии, наряду с кинетической энергией, существуют различные формы, которые она может принимать [21] . Этими формами являются гравитационная потенциальная энергия и упругая потенциальная энергия.

Существует также другая форма потенциальной энергии, известная как химическая потенциальная энергия и электрическая потенциальная энергия [22] . Но они сильно отличаются от других основных форм, поскольку они полагаются на электрические заряды в электрических полях для перемещения электронов через силовое поле или магнитное поле для воздействия на объекты.

Гравитационная потенциальная энергия  

Гравитационная потенциальная энергия накапливается внутри объекта, когда он поднимается на более высокий уровень или увеличивается высота в гравитационном поле [23] . Это тип потенциальной энергии, который присутствует в шаре для боулинга на выступе башни.

Упругая потенциальная энергия  

Упругая потенциальная энергия — это полная энергия, запасенная в объектах, которые можно растянуть или иным образом сжать [24] . Этот тип энергии присутствует в примере с рогаткой, а также с резиновыми лентами, олимпийскими батутами и средневековыми катапультами среди других объектов.

В чем измеряется потенциальная энергия?  

Все формы энергии, включая кинетическую и потенциальную энергию, измеряются в кг*м2/с2, , что может быть записано как более стандартная единица, известная как Джоуль (Дж) [25] .Джоуль — это стандартная научная единица измерения работы и энергии, поскольку энергия и работа измеряют один и тот же тип силы.

Один Джоуль равен количеству работы, совершаемой силой в один Ньютон (Н) над объектом, который перемещается на один метр в направлении приложенной силы [26] . Это эквивалентно одной 3600 ватт-часа, или одному кг*м2/с2 . Это относится и к механической энергии.

Кратко о потенциальной энергии  

Энергия ежедневно пронизывает все сферы жизни.Хотя кинетическая энергия более заметна и ее легче понять, потенциальная энергия так же присутствует. Это проявляется в каждом предмете, который стоит на выступе, или каждый раз, когда эластичная завязка оттягивается назад с натяжением.

Уравнения можно использовать для нахождения точного измерения потенциальной энергии в джоулях, но приблизительные измерения можно увидеть или почувствовать, когда мяч скатывается по наклонной плоскости или когда стрела выпускает стрелу из лука.

Всякий раз, когда объект находится в состоянии покоя, помните: он полон потенциальной энергии, которая только и ждет, чтобы ее выпустили.

Предоставлено вам taranergy.com

Источники:

  1. OpenText БК. 2.3 Химические реакции. https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/2-3-chemical-reactions/. Опубликовано 6 марта 2013 г. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  2. История энергетики https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_energy Опубликовано 5 декабря 2019 г. По состоянию на 6 ноября 2020 г.
  3. Расчеты потенциальной и кинетической энергии http://faculty.kutztown.edu/courtney/blackboard/physical/02energy/energy.html По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  4. Университет Леман. Сохранение энергии. Физика для ученых и инженеров и современная физика, 9-е изд. http://www.lehman.edu/faculty/anchordoqui/SJ2.pdf. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  5. Тара Энерджи. Сохраняйте энергию во время большой игры: способы ее сокращения. Тара Энерджи. https://taraenergy.com/blog/conserve-energy-during-the-big-game/. Опубликовано 4 ноября 2020 г. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  6. Работа, энергия и мощность. Энергетические основы. https://people.wou.edu/~courtna/GS361/EnergyBasics/EnergyBasics. htm. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  7. Потенциальная энергия. ScienceDaily. https://www.sciencedaily.com/terms/potential_energy.htm. По состоянию на 6 ноября 2020 г.
  8. Физические свойства биологических объектов: введение в онтологию физики для биологии https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3246444/
    По состоянию на 6 ноября 2020 г.
  9. Департамент образования Флориды.Потенциальная и кинетическая энергия. https://fl-pda.org/independent/courses/elementary/science/section4/4e6.htm. По состоянию на 12 ноября 2020 г.
  10. Фаулер М. В основном о потенциальной энергии. В основном о потенциальной энергии. http://galileo.phys.virginia.edu/classes/581/MostlyPE.html. По состоянию на 6 ноября 2020 г.
  11. Потенциальная энергия – определение и синонимы слова «потенциальная энергия» в словаре английского языка. https://educalingo.com/en/dic-en/potential-energy. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  12. Что такое энергия? Университет Лок-Хейвен. https://lockhaven.edu/~dsimanek/museum/energy.htm. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  13. Зоналэнд Образование. Месса на источнике. Масса на пружине, кинетическая и потенциальная энергия. http://zonalandeducation.com/mstm/physics/mechanics/energy/massOnASpring/massOnASpring.html. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  14. Моебс В., Линг С.Дж., Санни Дж. 13.3 Гравитационная потенциальная энергия и полная энергия. Университетская физика, том 1. https://opentextbc.ca/universityphysicsv1openstax/chapter/13-3-gravitational-potential-energy-and-total-energy/.Опубликовано 3 августа 2016 г. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  15. Фернфлорес Ф. Эквивалентность массы и энергии. Стэнфордская энциклопедия философии. https://plato.stanford.edu/entries/equivME/. Опубликовано 15 августа 2019 г. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  16. Коберляйн Б. В чем сходство энергии и материи? Вселенная сегодня. https://www.universetoday.com/116615/how-are-energy-and-matter-the-same/. Опубликовано 23 декабря 2015 г. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  17. Моебс В., Линг С.Дж., Санни Дж.8.1 Потенциальная энергия системы. Университетская физика, том 1. https://opentextbc.ca/universityphysicsv1openstax/chapter/8-1-potential-energy-of-a-system/. Опубликовано 3 августа 2016 г. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  18. Сигель Э. Спросите Итана: если Эйнштейн прав и E = mc², откуда масса получает энергию? Форбс. https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/03/21/ask-ethan-if-einstein-is-right-and-e-mc%C2%B2-where-does-mass-get- его-энергия-из/?sh=18844e9517b4. Опубликовано 21 марта 2020 г.По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  19. Кинетическая и потенциальная энергия. Кинетическая и потенциальная энергия – веб-формулы. https://www.web-formulas.com/Physics_Formulas/Kinetic_Potential_Energy.aspx. По состоянию на 6 ноября 2020 г.
  20. Остин М. Как найти массу по весу. наука. https://sciencing.com/mass-weight-7721316.html. Опубликовано 2 марта 2019 г. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  21. Энн Мари Хелменстайн, полицейский участок. 10 видов энергии и примеры. Мысль Ко. https://www.thoughtco.com/main-energy-forms-and-examples-609254.По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  22. Потенциальная энергия. Сиявула. https://intl.siyavula.com/read/science/grade-7/potential-and-kinetic-energy/12-potential-and-kinetic-energy. По состоянию на 6 ноября 2020 г.
  23. Безграничная физика. Гравитационно потенциальная энергия. Люмен. https://courses.lumenlearning.com/boundless-physics/chapter/gravitational-potential-energy/. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  24. Кинетическая и потенциальная энергия. Кинетическая и потенциальная энергия – веб-формулы. https://www.web-formulas.com/Physics_Formulas/Kinetic_Potential_Energy.aspx. По состоянию на 6 ноября 2020 г.
  25. Университет Висконсина, факультет химии. Термодинамика: кинетическая и потенциальная энергия. https://www2.chem.wisc.edu/deptfiles/genchem/netorial/modules/thermodynamics/energy/energy2.htm. По состоянию на 13 ноября 2020 г.
  26. Фонд СК. 12 Фонд. Расчетная работа. https://flexbooks.ck12.org/cbook/ck-12-middle-school-physical-science-flexbook-2.0/section/13.2/primary/lesson/calculating-work-ms-ps.По состоянию на 13 ноября 2020 г.

Все изображения предоставлены по лицензии Adobe Stock.
Избранное изображение:

Измерение и преобразование единиц энергии | В каких единицах измеряется энергия? — Видео и стенограмма урока

Что такое единица измерения мощности?

Мощность (P) — важная переменная, тесно связанная с работой и энергией. Работу можно описать как количество энергии, переданной объекту, определяемой приложенной силой на определенном расстоянии.Если применяется фактор времени, относящийся к интервалу, в котором передается энергия, появляется понятие мощности. Его значение можно рассчитать по следующей формуле:

{экв}P = \frac Wt {/экв}

Если считать секунды стандартной единицей измерения времени, заменив переменные их соответствующими единицами, формула станет следующей:

{экв }P = \frac {Джоули}{секунда} {/eq}

Следовательно, стандартной единицей измерения мощности является «Джоуль в секунду». Эта единица также известна как «Ватт» в честь физика Джеймса Ватта, изобретателя паровой машины.

На изображении ниже представлены понятия работы, энергии и мощности, их взаимосвязь и единицы СИ.

Энергия, работа и мощность.

Список единиц измерения энергии

Далее следует исчерпывающий, но не исчерпывающий список различных единиц, используемых для измерения энергии.

Блок Описание Преобразование в Джоули
Джоуль (Дж) Стандартный (СИ) блок
Килокалории (кКал) Обычно используется в пищевой промышленности 1 ккал = 4,184 Дж
Британская тепловая единица (БТЕ) ​​ Обычно используется для измерения эффективности приборов 1 БТЕ = 1055. 06 Дж
Киловатт-час (кВтч) Используется для измерения потребления электроэнергии 1 кВтч = 3 600 000 Дж
Терм (терм) Обычно используется для измерения тепла 1 мкм = 105 505 600 Дж

Калория

Калория представляет собой интересный случай среди единиц измерения энергии. Поскольку индустрия питания и фитнеса исчерпывающе использует термин «калории», игнорируется важная деталь.Калорийность, которую легко найти на конфетной обертке, указывает на количество энергии, обеспечиваемой пищей, в килокалориях. Поэтому люди привыкли называть калорией то, что с научной точки зрения является килокалорией. Разница исчисляется тысячами, поскольку 1 килокалория (ккал) равна 1000 калориям (кал).

Часто можно увидеть, что калории называются «малыми калориями» и обозначаются строчной буквой «с». В свою очередь, килокалория может называться «большой калорией» и обозначаться заглавной буквой «С».

С научной точки зрения, одна калория представляет собой количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 градус Цельсия. Таким образом, с учетом коэффициента конверсии одна килокалория — это количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 кг (1000 г) воды на 1 градус Цельсия.

С

{экв}1 ккал = 1000 кал{/экв},

для преобразования обоих типов калорий в джоули, коэффициенты: = 4,184 Дж {/экв}

БТЕ, терм и кВтч

БТЕ (британская термальная единица) — это единица измерения энергии, которая обычно используется для оценки эффективности приборов.Например, когда кто-то хочет купить кондиционер, он может использовать таблицу БТЕ x размер комнаты. Это покажет, что для комнаты площадью 150 квадратных футов подходит кондиционер, который работает с мощностью 5000 БТЕ.

Therm — это множитель BTU, который также измеряет энергию. Он в основном используется газовыми компаниями для представления количества тепла, производимого определенным объемом газа. Можно легко найти диаграммы, показывающие, что для производства тепла, эквивалентного 1 терму (100 000 БТЕ), требуется около 100 кубических футов природного газа.

Киловатт-час (кВтч) обычно используется в электроэнергетике. кВтч рассчитывает уровень потребления энергии на основе часового интервала. Это стандартная форма отчета об использовании энергии в счетах за электричество, как показано на рисунке ниже:

Потребление электроэнергии, выраженное в кВтч.

Преобразование

До сих пор в этом уроке было представлено несколько коэффициентов преобразования единиц энергии, например:

{экв}1 ккал = 1000 кал {/экв}

{экв}1 кал = 4.184 Дж {/экв}

{экв}1 БТЕ = 1055,06 Дж{/экв}

{экв}1 кВтч = 3600000 Дж{/экв}

В следующих разделах будут освещены коэффициенты преобразования между термами, БТЕ и кВтч .

Преобразование терм в БТЕ

Преобразование терм в БТЕ основано на умножении порядка 100 000. Один терм эквивалентен 100 000 БТЕ, следовательно, чтобы преобразовать:

  • БТЕ в термы, разделите значение на 100 000.
  • Термы в БТЕ, умножьте значение на 100 000.

Преобразование терм в кВтч

Преобразование терм в кВтч основано на коэффициенте 29,30. Один Терм эквивалентен 29,30 киловатт-часа, следовательно, чтобы преобразовать:

Термов в кВтч, умножьте значение на 29,30.

кВтч перевести в Термы, разделить значение на 29,30.

Резюме урока

На этом уроке обсуждались различные единицы измерения энергии , которая описывалась как способность выполнять работу .Мощность и работа — это переменные, тесно связанные с энергией, причем первая представляет собой расчет работы, выполненной за определенный интервал времени. Работа, в свою очередь, определяется энергией, передаваемой через силу на расстояние. В соответствии с международной системой единиц и работа, и энергия измеряются в джоулях (Дж) , а мощность измеряется в джоулях в секунду, также известных как ватт (Вт) . Другими популярными единицами измерения энергии, которую можно преобразовать в джоули, являются килокалорий (4184 Дж), калория (4.184 Дж), БТЕ (1055,06 Дж), Терм (105 506 000 Дж) и Киловатт-час (3 600 000 Дж).

единиц энергии | Energy Fundamentals

Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) был британским физиком-самоучкой.
и пивовар, работа которого в середине девятнадцатого века способствовала созданию энергетической концепции. Международная единица энергии медведей
его имя:

1 Джоуль [Дж] = 1 Ватт-секунда [Вт·с] = 1 В·с = 1 Н·м = 1 кг·м 2 с −2 .

Требуется около 1 Дж, чтобы поднять 100-граммовое яблоко на 1 метр. Единицы энергии могут предшествовать
по различным факторам, включая следующие:

кг (k=10 3 ), мега (M=10 6 ), гига (G=10 9 ), тера (T=10 12 ), пета (P=10 15 ),
Exa (E=10 18 ).

Таким образом, килоджоуль (кДж) равен 1000 джоулей, а мегаджоуль (МДж) равен 1 000 000 джоулей.

Связанной единицей измерения является ватт, который является единицей мощности (энергии в единицу времени).Силовые агрегаты могут быть преобразуются в единицы энергии путем умножения на секунды [с], часы [ч] или годы [год].

Например, 1 кВтч [киловатт-час] = 3,6 МДж [мегаДжоуль]. С 1 кВтч можно получить около 10 литров воды. нагреть от 20 ºC до точки кипения.

Есть много других единиц энергии, кроме «Международная система единства (SI)». «Тонна угольного эквивалента» (tce) часто используется в энергетическом бизнесе. 1 tce равен 8.141 МВтч. Это означает, что при сгорании 1 кг угля образуется столько же тепла в виде электрообогрева за один час при мощности 8,141 кВт.

Дополнительные единицы энергии

1 кал IT = 4,1868 Дж, международная таблица калорий
1 кал й = 4,184 Дж, термохимическая калория
1 кал 15 ≈ 4,1855 Дж, калорий для нагревания с 14,5 °C до 15,5 °C
1 эрг = 10 −7 Дж, сгс [сантиметр-грамм-секунда] единица
1 эВ ≈ 1. 60218 × 10 −19 Дж, электрон-вольт
1 Eh ≈ 4,35975 × 10 −18 Дж, Хартри, единица атомной энергии
1 БТЕ = 1055,06 Дж, британская тепловая единица согласно ISO, для нагревания 1 фунта воды с 63 °F до 64 °F.
1 т у.т. = 29,3076 × 10 9 Дж, тонна условного топлива, 7000 ккал IT
1 т.н.э. = 41,868 × 10 9 Дж, тонна условного топлива, 10000 ккал IT IT

Калории и/или килокалории [кал и/или ккал] исторически часто использовались для измерения тепла (энергии) и до сих пор иногда используются.Для нагревания грамма воды на 1 ºC требуется 1 кал. Различные определения часто являются результатом несоответствия начальных температур нагрева.

Таблица умножения единиц

Символ Экспоненциальный Префикс Количество
к 10 3 кг тыс.
М 10 6 мега миллионов
Г 10 9 гига миллиардов
Т 10 12 тера триллионов
П 10 15 пета квадриллион
Е 10 18 экса квинтиллионов

Единица Мегаграмм не используется, т. к.
название для одного миллиона граммов, одной тонны (т): 1 т = 1000 кг.

Умножение единиц мощности на единицы времени

При умножении ватта на единицу времени единица энергии получается следующим образом: 1 Вт = 1 Дж.
Более распространено использование киловатт-часов: 1 кВтч = 3600 кВт = 3,6 МДж.
Кроме секунды [s] и часа [h], также используются день [d] и год [yr],
с 1 годом = 365,2425 д = 31 556 952 с.
Так, например, энергия одного Мегаватт-года может быть записана как 1 МВт/год = 31.557952 ТДж (ТераДжоуль).
Годовое потребление 1 т.н.э./год соответствует суточному потреблению около 31,56 кВтч/день.
Годовое потребление 1 ГДж/год соответствует суточному потреблению около 0,7605 кВтч/день.

Преобразование единиц энергии

Перевод единиц измерения, указанный на этой странице, можно выполнить с помощью калькулятора. В Интернете также можно найти калькуляторы конвертации, такие как Международное энергетическое агентство, единица преобразования. орг и в Страница Роберта Фогта.

Фермилаб | Наука | Пытливые умы

Вопросы по физике, которые люди задают Fermilab


Измерение массы частиц

Я не знаю, сможете ли вы мне помочь, но одна вещь, которой я интересовался в течение последних нескольких лет, это то, как можно измерить массу такой маленькой частицы, и я надеялся, что вы сможете мне помочь.

спасибо,
Джефф Кирквуд


Дорогой Джефф!

Очень интересный вопрос.Очевидно, мы не можем просто поставьте субатомную частицу на весы и взвесьте ее. Фактически Р. А. Милликен в начале века провел эксперимент, в ходе которого Отношение электрического заряда к массе электрона измерялось по формуле заряжая капельки масла и затем наблюдая, как они попадали под влияние силы тяжести, действовавшей на массу, а затем поднявшейся под притяжение внешнего электрического поля, действующего на заряд.

Во всяком случае, в наши дни субатомные частицы создаются с огромными скоростями. Есть разница между энергией частица и импульс частицы. Когда скорость очень быстро (релятивистские скорости), формула:

Энергия = sqrt( (импульс*c) 2 + (масса*c 2 ) 2 )

должен использоваться, хотя его можно использовать и на более низких скоростях. (Энергия = кинетическая энергия + масса*c 2 ), где c = скорость света.

Итак, E = E kin + mc 2 .

Импульс заряженной частицы обычно измеряется с помощью тот факт, что он изгибается в магнитном поле обратно пропорционально импульс. Вы можете согнуть частицу и измерить, насколько она отклоняется при известном магнитном поле и длине магнита.

Кинетическая энергия может быть измерена, если частица (заряженный или нейтральный) врезаться в кусок соответствующего материала. Если материала достаточно, частица перестанет покидать вся его кинетическая энергия в материале.Если это античастица, то она может аннигилировать и покинуть свой покой. массовая энергия (mc 2 ) и в материале.

Можно решить уравнение (c = 1) для массы:

кин + м) 2 — р 2 = м 2

или

m 2 — 2*m*E kin + (p 2 — E kin 2 ) = 0

Подходящий материал может быть заполненной газом пропорциональной проволочной камерой (для заряженных частиц) или сцинтиллятор (в зависимости от типа сцинтиллятора).Например, сцинтиллятор излучает почти видимый свет, когда частица проходит через. Свет может быть воспринят коммерческим доступный фотоумножитель (или, в некоторых случаях, подойдет фотодиод). Проволочная камера заполнена соответствующим газом. Когда частица проходит, электроны создаются из ионизации атомов газа. На провода подается высокое напряжение, так что электроны (будучи электрически заряженными) притягиваются к проводу. Этот создает ток на выходных электродах камеры.

Энергию нейтронов можно измерить другими типами сцинтилляторов. материала, но фундаментальные взаимодействия связаны с ядерно-сильным силы, так как нейтрон не имеет электрического заряда.

На самом деле большинство составных частиц распадаются на другие частицы. Таким образом многие нейтральные частицы распадаются на заряженные частицы, импульс можно измерить так, чтобы масса нейтральной частицы можно реконструировать.Другой способ сделать это — измерить энергию распада частиц, а также измерять их углы относительно исходного направление частицы. Можно восстановить массу исходного частица таким образом. Необходимо знать первоначальный импульс пучок первоначальных частиц, как в случае, когда вы использовать первичный луч на каком-то накопительном кольце.

Таким образом, в физике элементарных частиц обычно измеряют энергию и импульс и определяет массу.

Гленн Бланфорд
Физик (аспирант)
с Калифорнийским университетом в Ирвине

Вернуться на главную страницу Вопросы о физике

Физика | График знаний Джеймса

Энергия, работа и перемещение

Энергия — это способность выполнять работу. Работа — это энергия, переданная объекту (силе), которая вызывает перемещение.Смещение — это мера расстояния, пройденного в определенном направлении, или кратчайшее расстояние от начального до конечного положения. Простой способ представить работу — это количество энергии, отдаваемое объекту или отнимаемое у него.

Джоули, сила и ньютоны

Энергия и работа чаще всего измеряются в джоулях (JJJ). Один джоуль равен энергии, необходимой для силы в один ньютон (NNN) для перемещения на один метр (ммм), или J=NmJ=NmJ=Nm.2}1Н=1с21кг∗1м​. Уравнение для силы можно также записать как произведение массы (МММ) и ускорения (ААА), или F=MAF=MAF=MA.

Видео: Сколько энергии в одном джоуле?

Масса, скорость и ускорение

Масса — это количество материи, из которой состоит объект. 31см3 воды).По-прежнему полезно думать о килограмме таким образом; однако формальное определение килограмма более сложное.

Скорость — это расстояние (ddd), пройденное в заданном направлении за время (ttt), или V=d/tV=d/tV=d/t, и часто выражается в метрах в секунду (м/см/см /с).

Ускорение — скорость изменения скорости (VVV) во времени (TTT), или A=ΔV/ΔTA=\Delta{V}/\Delta{T}A=ΔV/ΔT, другими словами, ускорение равно насколько объект ускоряется, замедляется или меняет направление.

Видео: ускорение, одномерное движение

Кинетическая и потенциальная энергия

  • Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает объект, находясь в движении (движении)
  • Потенциальная энергия — это энергия объекта2 находясь в покое (не двигаясь)

Потенциальная гравитационная энергия

Потенциальная гравитационная энергия — это энергия, которой обладает объект, находясь на некоторой высоте и преобразующаяся в кинетическую энергию при падении объекта. 29,8 м/с2, поэтому для расчета гравитационной энергии объекта мы можем использовать GGG как значение силы, высоту объекта (HHH) как расстояние и массу объекта (MMM) как массу, или: J= МГХД=МГХД=МГХ.

Физические ресурсы

более глубокие знания по физике

Угловые движения

Основы углового движения

Электричество

Энергия, что результаты из заряженных частиц

Механическое преимущество

Узнайте о механическом преимуществе

Машиностроение

деконструировать механические устройства

Энергия (физика)

Энергия заряженных частиц

Ричард Фейнман: Лекции и другие работы

Информация об известном ученом Ричарде Фейнмане

Крутящий момент

Узнать о крутящем моменте: Сила, вызывающая объект вращаться вокруг оси.

Более широкие темы, связанные с физикой

Наука

Самая строгая система эпистемологии

График знаний по физике

Масса и энергия.

Как работает специальная теория относительности

Масса имеет два одинаково важных определения. Одно из них — это общее определение, которому учат большинство старшеклассников, а другое — более техническое определение, которое используется в физике.

Обычно масса определяется как мера того, сколько материи содержит объект или тело – общее количество субатомных частиц (электронов, протонов и нейтронов) в объекте.Если вы умножите свою массу на силу земного притяжения, вы получите свой вес . Поэтому, если вес вашего тела колеблется из-за еды или физических упражнений, на самом деле меняется ваша масса. Важно понимать, что масса не зависит от вашего положения в пространстве. Масса вашего тела на Луне такая же, как и на Земле. С другой стороны, гравитационное притяжение Земли уменьшается по мере удаления от Земли. Таким образом, вы можете похудеть, изменив высоту, но ваша масса останется прежней.Вы также можете похудеть, живя на Луне, но опять же, ваша масса останется прежней.

В физике масса определяется как количество силы, необходимой для ускорения тела. Масса очень тесно связана с энергией в физике. Масса зависит от движения тела относительно движения наблюдателя. Если у движущегося тела измеряли его массу, то она всегда одинакова. Однако, если наблюдатель, который не движется вместе с телом, измеряет массу тела, наблюдатель увидит увеличение массы, когда объект ускоряется.Это называется релятивистской массой . Следует отметить, что физика фактически перестала использовать это понятие массы и теперь имеет дело в основном с точки зрения энергии (см. раздел об объединении массы и энергии). На данном этапе это определение массы может быть немного туманным, но важно знать концепцию. Это должно стать яснее при обсуждении специальной теории относительности. Здесь важно понять, что существует взаимосвязь между массой и энергией.

Энергия

Энергия является мерой способности системы выполнять «работу».Она существует во многих формах… потенциальной, кинетической и т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск