Энергия

Что такое энергия в физике

В переводе с древне-греческого ἐνέργεια (энергия) означает действие, силу, мощь.

Однозначно трактуется понятие энергии в закрытой системе. Это величина, сохраняющая свое значение с течением времени, что и заключено в законе сохранения энергии.

С другой стороны, это величина, потенциально характеризующая максимальную работу, на которую способно тело, т.е. его запас работы.

Проявление энергии присутствует повсюду: от микроскопических предметов до мирового пространства. При этом общим является свойство перехода одного вида энергии в другой при постоянной количественной характеристике. О таком свойстве впервые сказал Ф.Энгельс. Он назвал его «законом сохранения и превращения энергии». Это легло в основу введения общей измерительной единицы — Джоуля. В то же время, для подсчета количества теплоты используется калория, а электрической энергии — кВт час.

Важно, что любой вид энергии, присутствующий в технической термодинамике, кроме тепловой, — это определенным образом направленное движение. Если в механике энергия необходима для движения тел в пространстве, то в электричестве она заметна в виде электрического тока.

Тепловая разновидность проявляется в молекулярном и внутримолекулярном взаимодействии, а также беспорядочном движении атомов и молекул, больше хаотического характера. Таким образом, тепловая энергия отличается от других видов неопределенным характером движения участвующих в процессе микрочастиц. В таком случае возникает вопрос: как может энергия хаотичного движения получить направленный характер при переходе в ее другой вид? На этот и другие вопросы отвечает техническая термодинамика.

Кто ввел понятие энергия

Термин «Энергия» был введен в обиход Аристотелем, на страницах известного трактата «Физика». При этом значение употребляемого слова было отнесено сугубо к деятельности людей.

Более современный смысл был передан слову в обмен на словосочетание «живая сила» Томасом Юнгом. Чуть позднее, в 1829 году Гаспар-Гюстав Кориолис обнаружил взаимосвязь работы и кинетической энергии, а в 1853 году Ренкин дополнил понятие разновидностью: «потенциальная».

В 1881 году Уильямом Томсоном было заявлено, что введенное Томасом Юнгом определение справедливо. В подтверждение этого была выдвинута теория, которая устанавливала взаимосвязь между математическими расчетами и природой самого процесса. В свое время Томсон говорил, что только сейчас видение Томсона получило практическое подтверждение.

В начале 60-х годов прошлого века нобелевский лауреат Р.Фейнман утверждал, что исключений из закона сохранения энергии, как управляющего явлениями природы, не существует. Несмотря на то, что это математические действия, суть закономерности ни в коем случае не меняется.

Виды энергии, какие существуют в природе

Тела, независимо от своего состояния, массы и длины, содержат несколько видов энергии. Среди них:

• тепловая;
• механическая;
• электрическая;
• внутриядерная;
• химическая.

Кроме этого, физики различают энергию окружающих полей:

• магнитную;
• электромагнитную;
• электрическую;
• гравитационную.

Если сложить все разновидности, то получится полная энергия тела или вещества.

Часть из названных разновидностей относится к понятию внутренней энергии. Пример: химическая, тепловая. Остальные, проявляющиеся при перемещении в пространстве, носят название внешней. К этой группе принадлежит энергия физических полей, окружающих тело. В качестве примера можно привести летящий снаряд. Внешнеэнергетические характеристики представлены кинетической и потенциальной энергиями гравитационного поля.

Относительно внутренней энергии можно сказать, что она представлена двумя частями: внутренней тепловой и внутренней нулевой тела, которое имеет температуру абсолютного нуля. К внутренней тепловой относят ту часть энергии, которая диктует беспорядочное движение молекул и атомов. Она выражается посредством температуры или прочих критериев. Исходя из того, что t тела не полностью выражает тепловую внутреннюю энергию, ее колебания бывают и при температурной константе. Например, испарение, сублимация, плавление — процессы, где меняется фаза вещества и характер движения молекул.

Если химический состав не меняется, то не происходит и изменения нулевой энергии. Перемены касаются только внутренней тепловой. Благодаря этому, при решении задач можно учитывать только изменения внутренней тепловой энергии которая сокращенно называется просто внутренней.

Основные виды производственной энергии

К видам энергии, которая производится человеком для его нужд, относятся:

• тепловая;
• химическая (энергия топлива, пара или горячей воды);
• электрическая;
• механическая.

Деятельность любого предприятия связана с энергетическим обеспечением. Наиболее востребованы сегодня такие энергетические ресурсы как натуральное топливо, сжатый воздух, электрический ток, сжиженный или природный газ, горячая вода, возможно, под напором, конденсат. Эти ресурсы находят применение в качестве теплоносителя, двигательной силы, процессов освещения, вентиляции поддержания нормального микроклимата и пр.

В зависимости от вида производства происходит выбор энергоресурса. Для этого проводится сравнительный анализ норм расхода технологического топлива и той энергии, которая получается, затрат на разработку и внедрение в производственный процесс. Экономия достигается за счет частичного получения собственной энергии, для чего разрабатываются новые современные технологии и средства производства.

Специальные службы занимаются совершенствованием энергохозяйства с целью повышения эффективности его использования. Работа осуществляется по направлениям:

• использование энергосберегающего оборудования;
• поиски наиболее экономичных энергоресурсов;
• разработка рациональных схем энергопотребления;
• учет использования энергоресурсов;
• научные подходы в организации труда.