Uderzenie pioruna jest przykładem przemian energii

Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pod względem ilościowym stan układu fizycznego ( materii )^[1][2] (z punktu widzenia termodynamiki niektóre formy energii są funkcjami stanu i potencjałami termodynamicznymi ^[3]), stan i wzajemne oddziaływania obiektów fizycznych ( ciał , pól , cząstek , układów fizycznych)^[1][2], przemiany fizyczne i chemiczne oraz wszelkiego rodzaju procesy występujące w przyrodzie^[3].

Energia jest wielkością addytywną ^[3].

Energię we wzorach fizycznych zapisuje się najczęściej za pomocą symbolu E.

Gęstość energii

Stan ośrodka ciągłego lub pola fizycznego charakteryzuje gęstość energii - skalarna wielkość fizyczna równa energii "zawartej" w jednostce objętości oraz strumień energii - wektorowa wielkość fizyczna równa iloczynowi gęstości energii i prędkości przemieszczania się jej w danym ośrodku^[3][4].

Stan układu

Energia charakteryzuje stan równowagi układu i odchylenia od tego stanu. Układy fizyczne w tak zwanych stanach stacjonarnych lub podstawowych charakteryzowane są energią, której wartość jest minimalna^[2]. W związku z rozpraszaniem się (dyssypacją) energii obserwuje się "samorzutne" przechodzenie układów ze stanów scharakteryzowanych dużą wartością energii do stanów podstawowych (przykładem jest postawiony na sztorc ołówek, który "samorzutnie" się przewraca osiągając stan o najmniejszej możliwej energii).

Energia a praca

Energia jest miarą zdolności układu fizycznego (materii) do wykonania pracy lub spowodowania przepływu ciepła ^[2]. W procesach, w których jeden rodzaj energii zamienia się w inny (np. w procesie grzania grzejnikiem energia ładunków elektrycznych w spirali może zamienić się w energię wewnętrzną otaczającego spiralę powietrza i energię wewnętrzną samego grzejnika), związanych zawsze z jakiegoś rodzaju oddziaływaniami (w przywołanym przykładzie jest to oddziaływanie elektronów z siecią krystaliczną spirali) praca sił opisujących te oddziaływania jest równa ilości przemienianej energii.

Przepływ energii

Zgodnie z przyjętym sposobem opisu procesów fizycznych energia może być w tych procesach przekazywana (przenoszona) z jednego obiektu (układu) fizycznego do drugiego, a różnym procesom fizycznym odpowiadają różne postacie (formy) energii, które mogą w tych procesach zmieniać się (przekształcać) w inne^[1][3].

Energia układu odosobnionego ( izolowanego ) jest stała, choć mogą zmieniać się jej formy i może być przekazywana z jednej części układu do innej ( zasada zachowania energii )^[2]. Zgodnie z twierdzeniem Noether zasada zachowania energii wynika z symetrii translacji czasowej (co można interpretować jako taką właściwość świata, zgodnie z którą prawa fizyki dzisiaj są takie same jak były wczoraj).

Ze względu na zasadę zachowania energii i związek tej zasady z symetrią translacji czasowej, energia jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych.

Energia w teorii względności

W szczególnej teorii względności całkowita energia relatywistyczna danego obiektu fizycznego jest składową czasową czteropędu tego obiektu.

Zgodnie z wynikającą ze szczególnej teorii względności zasadą równoważności masy i energii masa spoczynkowa danego obiektu fizycznego jest jego energią spoczynkową (energią w układzie odniesienia związanym z obiektem, nazywanym układem spoczynkowym tego obiektu), określoną wzorem i w pewnych warunkach może być przekształcona w energię kinetyczną (oraz energia kinetyczna w spoczynkową), zaś całkowite energie relatywistyczne poszczególnych części układu (mierzone w układzie odniesienia środka pędu układu) są składnikami energii (masy) spoczynkowej układu^[4].

Według ogólnej teorii względności rozkład energii i pędu jest źródłem zakrzywienia czasoprzestrzeni , które to zakrzywienie opisuje grawitację .

Przykłady form energii

• energia mechaniczna
  • energia kinetyczna
  • energia potencjalna
• energia cieplna
• energia elektryczna
• energia chemiczna
• energia jądrowa
• energia potencjałów termodynamicznych

Jednostki energii

Jednostką energii w układzie SI jest dżul (1J).

Inne jednostki:

• kilogramometr (kGm)
• kilowatogodzina (kWh)
• kaloria (cal)
• elektronowolt (eV)
• erg

Metody pozyskiwania energii

Eksplozja bomby atomowej (Grzyb atomowy nad Nagasaki , 1945 )

Najbardziej wydajną metodą uzyskiwania energii leżącą w zasięgu możliwości technicznych ludzkości jest reakcja syntezy jądrowej. Niewiele mniejszą wydajność osiągają już istniejące elektrownie atomowe, w których wykorzystuje się energię rozpadu jąder. W przypadku obu tych reakcji znacząca część masy (energii) spoczynkowej paliwa zamieniana jest bezpośrednio w energię kinetyczną produktów reakcji (energię cieplną). Aby obliczyć, jaka energia wyzwalana jest, gdy defekt masy wynosi 1 kg, można posłużyć się wzorem

Jeszcze skuteczniej masa zamieniana jest na energię podczas anihilacji i prawdopodobnie w procesie łączenia czarnych dziur .

Przypisy

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2} Leksykon naukowo-techniczny WNT 1984 s. 200
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2,3 2,4} Encyklopedia techniki - podstawy techniki WNT 1994 s. 155
3. ↑ ^{3,0 3,1 3,2 3,3 3,4} Słownik fizyczny WP 1992 s. 109
4. ↑ ^{4,0 4,1} Encyklopedia fizyki PWN 1972 t. 1 s. 516

Zobacz też

• termodynamika
• praca
• ciepło
• kwant energii