ენერგია არის ის, რაც შესაძლებელს ხდის სიცოცხლეს არა მხოლოდ ჩვენს პლანეტაზე, არამედ სამყაროშიც. თუმცა, ეს შეიძლება იყოს ძალიან განსხვავებული. ასე რომ, სითბო, ხმა, სინათლე, ელექტროენერგია, მიკროტალღები, კალორია სხვადასხვა ტიპის ენერგიაა. ჩვენს ირგვლივ მიმდინარე ყველა პროცესისთვის ეს ნივთიერება აუცილებელია. დედამიწაზე არსებული ენერგიის უმეტესი ნაწილი მზისგან იღებს, მაგრამ არსებობს მისი სხვა წყაროები. მზე მას ჩვენს პლანეტაზე გადასცემს იმდენს, რამდენსაც 100 მილიონი ყველაზე ძლიერი ელექტროსადგური ერთდროულად გამოიმუშავებდა.
რა არის ენერგია?
ალბერტ აინშტაინის მიერ წამოყენებული თეორია სწავლობს მატერიასა და ენერგიას შორის ურთიერთობას. ამ დიდმა მეცნიერმა შეძლო დაემტკიცებინა ერთი ნივთიერების მეორეში გადაქცევის უნარი. ამასთან, აღმოჩნდა, რომ ენერგია სხეულების არსებობის უმნიშვნელოვანესი ფაქტორია, ხოლო მატერია მეორეხარისხოვანი.
ენერგია არის, ზოგადად, გარკვეული სამუშაოს შესრულების უნარი. ის არის ის, ვინც დგასძალის კონცეფცია, რომელსაც შეუძლია სხეულის გადაადგილება ან ახალი თვისებების მინიჭება. რას ნიშნავს ტერმინი "ენერგია"? ფიზიკა ფუნდამენტური მეცნიერებაა, რომელსაც მრავალი მეცნიერი მიუძღვნა სხვადასხვა ეპოქიდან და ქვეყნიდან. არისტოტელეც კი იყენებდა სიტყვა „ენერგიას“ადამიანის საქმიანობის აღსანიშნავად. ბერძნული ენიდან თარგმნილი, "ენერგია" არის "აქტიურობა", "ძალა", "მოქმედება", "ძალა". პირველად ეს სიტყვა გამოჩნდა ბერძენი მეცნიერის ტრაქტატში, სახელწოდებით "ფიზიკა"..
ახლა საყოველთაოდ მიღებული გაგებით, ეს ტერმინი გამოიგონა ინგლისელმა ფიზიკოსმა თომას იანგმა. ეს მნიშვნელოვანი მოვლენა მოხდა ჯერ კიდევ 1807 წელს. XIX საუკუნის 50-იან წლებში. ინგლისელმა მექანიკოსმა უილიამ ტომსონმა პირველმა გამოიყენა "კინეტიკური ენერგიის" კონცეფცია, ხოლო 1853 წელს შოტლანდიელმა ფიზიკოსმა უილიამ რანკინმა შემოიღო ტერმინი "პოტენციური ენერგია"..
დღეს ეს სკალარული რაოდენობა ფიზიკის ყველა დარგშია. ეს არის მატერიის მოძრაობისა და ურთიერთქმედების სხვადასხვა ფორმის ერთი საზომი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის ერთი ფორმის მეორეში გადაქცევის საზომი.
გაზომვები და აღნიშვნები
ენერგიის რაოდენობა იზომება ჯოულებში (J). ამ სპეციალურ ერთეულს, ენერგიის ტიპის მიხედვით, შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული აღნიშვნა, მაგალითად:
- W არის სისტემის ჯამური ენერგია.
- Q - თერმული.
- U – პოტენციალი.
ენერგიის ტიპები
ბუნებაში არსებობს ენერგიის მრავალი განსხვავებული სახეობა. მთავარია:
- მექანიკური;
- ელექტრომაგნიტური;
- ელექტრო;
- ქიმიური;
- თერმული;
- ბირთვული (ატომური).
არსებობს ენერგიის სხვა სახეობები: მსუბუქი, ხმა, მაგნიტური. ბოლო წლების განმავლობაში, ფიზიკოსების მზარდი რაოდენობა მიდრეკილია ეგრეთ წოდებული "ბნელი" ენერგიის არსებობის ჰიპოთეზისკენ. ამ ნივთიერების თითოეულ ადრე ჩამოთვლილ ტიპს აქვს საკუთარი მახასიათებლები. მაგალითად, ხმის ენერგიის გადაცემა შესაძლებელია ტალღების გამოყენებით. ისინი ხელს უწყობენ ადამიანებისა და ცხოველების ყურში ყურის ბარტყის ვიბრაციას, რომლის წყალობითაც ისმის ხმები. სხვადასხვა ქიმიური რეაქციების დროს გამოიყოფა ყველა ორგანიზმის სიცოცხლისთვის საჭირო ენერგია. ნებისმიერი საწვავი, საკვები, აკუმულატორები, ბატარეები ამ ენერგიის შესანახია.
ჩვენი ვარსკვლავი აძლევს დედამიწას ენერგიას ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით. მხოლოდ ამ გზით შეუძლია მას გადალახოს კოსმოსის სივრცეები. თანამედროვე ტექნოლოგიების წყალობით, როგორიცაა მზის პანელები, ჩვენ შეგვიძლია მისი მაქსიმალური ეფექტის გამოყენება. ჭარბი გამოუყენებელი ენერგია გროვდება ენერგიის სპეციალურ საწყობებში. ზემოაღნიშნული ტიპის ენერგიასთან ერთად, თერმული წყაროები, მდინარეები, ოკეანის ადიდებულები და ნაკადები, ხშირად გამოიყენება ბიოსაწვავი.
მექანიკური ენერგია
ამ სახის ენერგია შეისწავლება ფიზიკის ფილიალში, სახელწოდებით "მექანიკა". იგი აღინიშნება ასო E. იგი იზომება ჯოულებით (J). რა არის ეს ენერგია? მექანიკის ფიზიკა სწავლობს სხეულების მოძრაობას და მათ ურთიერთქმედებას ერთმანეთთან ან გარე ველებთან. ამ შემთხვევაში სხეულების მოძრაობის გამო ენერგიას უწოდებენკინეტიკური (აღნიშნავს Ek-ით), ხოლო სხეულების ან გარე ველების ურთიერთქმედების გამო ენერგიას პოტენციალი (Ep) ეწოდება. მოძრაობისა და ურთიერთქმედების ჯამი არის სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია.
არსებობს ორივე ტიპის გამოთვლის ზოგადი წესი. ენერგიის რაოდენობის დასადგენად საჭიროა გამოვთვალოთ სამუშაო, რომელიც საჭიროა სხეულის ნულოვანი მდგომარეობიდან ამ მდგომარეობაში გადასაყვანად. უფრო მეტიც, რაც მეტი სამუშაო, მით მეტი ენერგია ექნება სხეულს ამ მდგომარეობაში.
სახეობათა გამოყოფა სხვადასხვა კრიტერიუმების მიხედვით
არსებობს ენერგიის გაზიარების რამდენიმე სახეობა. სხვადასხვა კრიტერიუმების მიხედვით იყოფა: გარე (კინეტიკური და პოტენციური) და შიდა (მექანიკური, თერმული, ელექტრომაგნიტური, ბირთვული, გრავიტაციული). თავის მხრივ, ელექტრომაგნიტური ენერგია იყოფა მაგნიტურ და ელექტრულ, ხოლო ბირთვული ენერგია დაყოფილია სუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების ენერგიად.
კინეტიკური
ნებისმიერი მოძრავი სხეულები გამოირჩევა კინეტიკური ენერგიის არსებობით. მას ხშირად უწოდებენ - ტარება. მოძრავი სხეულის ენერგია იკარგება მისი შენელებისას. ამრიგად, რაც უფრო მაღალია სიჩქარე, მით მეტია კინეტიკური ენერგია.
როდესაც მოძრავი სხეული სტაციონარული ობიექტთან შეხებაში მოდის, კინეტიკური ნაწილის ნაწილი გადადის ამ უკანასკნელზე, აყენებს მას მოძრაობაში. კინეტიკური ენერგიის ფორმულა ასეთია:
სიტყვით, ეს ფორმულა შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად: ობიექტის კინეტიკური ენერგია არისმისი მასის ნამრავლის ნახევარი გამრავლებულია მისი სიჩქარის კვადრატზე.
პოტენციალი
ამ ტიპის ენერგიას ფლობენ სხეულები, რომლებიც არიან რაიმე სახის ძალის ველში. ასე რომ, მაგნიტური ხდება მაშინ, როდესაც ობიექტი მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ იმყოფება. დედამიწაზე ყველა სხეულს აქვს პოტენციური გრავიტაციული ენერგია.
შესწავლის ობიექტების თვისებებიდან გამომდინარე, მათ შეიძლება ჰქონდეთ სხვადასხვა სახის პოტენციური ენერგია. ასე რომ, ელასტიურ და დრეკად სხეულებს, რომლებსაც შეუძლიათ გაჭიმვა, აქვთ ელასტიურობის ან დაძაბულობის პოტენციური ენერგია. ნებისმიერი დაცემული სხეული, რომელიც ადრე უმოძრაო იყო, კარგავს პოტენციალს და იძენს კინეტიკას. ამ შემთხვევაში, ამ ორი ტიპის ღირებულება ექვივალენტური იქნება. ჩვენი პლანეტის გრავიტაციულ ველში პოტენციური ენერგიის ფორმულა ასე გამოიყურება:
სიტყვით, ეს ფორმულა შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად: დედამიწასთან ურთიერთქმედების ობიექტის პოტენციური ენერგია უდრის მისი მასის, გრავიტაციის აჩქარებისა და სიმაღლის ნამრავლს, რომელზეც ის მდებარეობს.
ეს სკალარული მნიშვნელობა არის მატერიალური წერტილის (სხეულის) ენერგიის რეზერვის მახასიათებელი, რომელიც მდებარეობს პოტენციურ ძალის ველში და გამოიყენება ველის ძალების მუშაობის შედეგად კინეტიკური ენერგიის მისაღებად. ზოგჯერ მას კოორდინატულ ფუნქციას უწოდებენ, რაც სისტემის ლანგრანჟის ტერმინია (დინამიური სისტემის ლაგრანჟის ფუნქცია). ეს სისტემა აღწერს მათ ურთიერთქმედებას.
პოტენციური ენერგია უდრის ნულსსივრცეში მდებარე სხეულების გარკვეული კონფიგურაცია. კონფიგურაციის არჩევანი განისაზღვრება შემდგომი გამოთვლების მოხერხებულობით და ეწოდება "პოტენციური ენერგიის ნორმალიზაცია".
ენერგიის შენარჩუნების კანონი
ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე ძირითადი პოსტულატი ენერგიის შენარჩუნების კანონია. მისი თქმით, ენერგია არსაიდან ჩნდება და არსად ქრება. ის მუდმივად იცვლება ერთი ფორმიდან მეორეში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არსებობს მხოლოდ ენერგიის ცვლილება. ასე, მაგალითად, ფანრის ბატარეის ქიმიური ენერგია გარდაიქმნება ელექტრულ ენერგიად, ხოლო მისგან სინათლედ და სითბოში. სხვადასხვა საყოფაცხოვრებო ტექნიკა ელექტრო ენერგიას აქცევს შუქად, სითბოდ ან ხმად. ყველაზე ხშირად, ცვლილების საბოლოო შედეგი არის სითბო და სინათლე. ამის შემდეგ ენერგია მიდის მიმდებარე სივრცეში.
ენერგიის კანონს შეუძლია ახსნას მრავალი ფიზიკური მოვლენა. მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ მისი მთლიანი მოცულობა სამყაროში მუდმივად უცვლელი რჩება. ვერავინ შეძლებს ენერგიის ხელახლა შექმნას ან განადგურებას. მისი ერთ-ერთი ტიპის შემუშავებისას, ადამიანები იყენებენ საწვავის ენერგიას, ჩამოვარდნილ წყალს, ატომს. ამავე დროს, მისი ერთი ფორმა იქცევა მეორეში.
1918 წელს მეცნიერებმა შეძლეს დაემტკიცებინათ, რომ ენერგიის შენარჩუნების კანონი არის დროის მთარგმნელობითი სიმეტრიის მათემატიკური შედეგი - კონიუგირებული ენერგიის მნიშვნელობა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ენერგია ინახება იმის გამო, რომ ფიზიკის კანონები არ განსხვავდება სხვადასხვა დროს.
ენერგეტიკული მახასიათებლები
ენერგია არის სხეულის უნარი შეასრულოს სამუშაო. დახურულშიფიზიკური სისტემები, ის შენარჩუნებულია მთელი დროის განმავლობაში (სანამ სისტემა დახურულია) და არის მოძრაობის სამი დანამატი ინტეგრალიდან ერთ-ერთი, რომელიც ინარჩუნებს მნიშვნელობას მოძრაობის დროს. ესენია: ენერგია, კუთხური იმპულსი, იმპულსი. "ენერგიის" კონცეფციის დანერგვა მიზანშეწონილია, როდესაც ფიზიკური სისტემა დროში ერთგვაროვანია.
სხეულების შინაგანი ენერგია
ეს არის მოლეკულური ურთიერთქმედების ენერგიისა და მის შემადგენელი მოლეკულების თერმული მოძრაობების ჯამი. მისი პირდაპირ გაზომვა შეუძლებელია, რადგან ეს არის სისტემის მდგომარეობის ცალსახა ფუნქცია. როდესაც სისტემა აღმოჩნდება მოცემულ მდგომარეობაში, მის შინაგან ენერგიას აქვს თავისი თანდაყოლილი ღირებულება, მიუხედავად სისტემის არსებობის ისტორიისა. შინაგანი ენერგიის ცვლილება ერთი ფიზიკური მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლისას ყოველთვის უდრის სხვაობას მის მნიშვნელობებს შორის საბოლოო და საწყის მდგომარეობებში.
გაზის შიდა ენერგია
მყარი ნივთიერებების გარდა გაზებს აქვთ ენერგიაც. იგი წარმოადგენს სისტემის ნაწილაკების თერმული (ქაოტური) მოძრაობის კინეტიკურ ენერგიას, რომელიც მოიცავს ატომებს, მოლეკულებს, ელექტრონებს, ბირთვებს. იდეალური აირის შიდა ენერგია (აირის მათემატიკური მოდელი) არის მისი ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიების ჯამი. ეს ითვალისწინებს თავისუფლების ხარისხების რაოდენობას, რაც არის დამოუკიდებელი ცვლადების რაოდენობა, რომლებიც განსაზღვრავენ მოლეკულის პოზიციას სივრცეში.
ენერგიის გამოყენება
ყოველწლიურად კაცობრიობა მოიხმარს სულ უფრო მეტ ენერგორესურსს. ყველაზე ხშირად ენერგიისთვის,გამოიყენება ჩვენი სახლების განათებისა და გათბობისთვის, მანქანების მუშაობისთვის და სხვადასხვა მექანიზმებისთვის, გამოიყენება ნამარხი ნახშირწყალბადები, როგორიცაა ქვანახშირი, ნავთობი და გაზი. ისინი არაგანახლებადი რესურსებია.
სამწუხაროდ, ჩვენი პლანეტის ენერგიის მხოლოდ მცირე ნაწილი მოდის განახლებადი რესურსებიდან, როგორიცაა წყალი, ქარი და მზე. დღეისათვის მათი წილი ენერგეტიკულ სექტორში მხოლოდ 5%-ია. კიდევ 3% ადამიანი იღებს ატომურ ელექტროსადგურებში წარმოებული ბირთვული ენერგიის სახით.
არაგანახლებადი რესურსებს აქვთ შემდეგი რეზერვები (ჯოულებში):
- ბირთვული ენერგია - 2 x 1024;
- გაზისა და ნავთობის ენერგია – 2 x 10 23;
- პლანეტის შიდა სიცხე - 5 x 1020.
დედამიწის განახლებადი რესურსების წლიური ღირებულება:
- მზის ენერგია - 2 x 1024;
- ქარი - 6 x 1021;
- მდინარეები - 6, 5 x 1019;
- ზღვის მოქცევა - 2.5 x 1023.
მხოლოდ დედამიწის არაგანახლებადი ენერგეტიკული რეზერვების გამოყენების დროული გადასვლის შემთხვევაში განახლებად რესურსებზე, კაცობრიობას აქვს ჩვენს პლანეტაზე ხანგრძლივი და ბედნიერი არსებობის შანსი. უახლესი განვითარების განსახორციელებლად, მეცნიერები მთელს მსოფლიოში აგრძელებენ ენერგიის სხვადასხვა თვისებების გულდასმით შესწავლას.
