エネルギーの最も単純な定義は、「仕事をする能力」です。エネルギーは、物事がどのように変化し、動くかです。それは私たちの身の回りにあり、あらゆる形をとっています。料理をしたり、車で通学したり、空を飛んだりするにはエネルギーが必要です。地球上の生命体の進化にはエネルギーが必要です。エネルギーには、熱、電気、化学、核など、さまざまな形態があります。
エネルギー保存の法則は、エネルギーは生成も破壊もされず、ある形態から別の形態に変化する可能性があると述べています。すべての形態のエネルギーを考慮に入れると、孤立したシステムの総エネルギーは常に一定のままです。
これは、宇宙のような孤立したシステムでは、その一部でエネルギーが失われた場合、宇宙の他の部分で同じ量のエネルギーが得られなければならないことを意味します。エネルギーは形を変えますが、宇宙のエネルギーの総量は同じままです。
私たちがエネルギーを使うとき、それは消えるのではなく、あるエネルギーから別のエネルギーへと変化します。たとえば、自動車のエンジンはガソリンを燃焼させ、ガソリンの化学エネルギーを機械エネルギーに変換します。エネルギー保存則のもう 1 つの良い例は、放射エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池です。
日常生活の中でエネルギー変換を観察すると、エネルギーが絶えず消えているように見えるかもしれません。たとえば、地面に沿ってサッカー ボールを蹴ると、ボールに運動エネルギーが与えられます。しばらく回転しますが、やがて止まります。ボールの運動エネルギーに何が起こったのかを考えてみましょう。ボールが転がると、地面にこすれます。摩擦の結果、運動エネルギーの一部が熱に変化します。ボールのエネルギーの一部は、ボールが動くときに聞こえる音のエネルギーにも変化します。ボールは運動エネルギーを失いますが、宇宙全体のエネルギー量は減少しません。ボールはエネルギーを失いますが、このエネルギーは宇宙の他の部分に転送されます。エネルギーは保存されます。作成も破棄もできません。多くの場合、エネルギーが得られたり失われたりするように見えるかもしれませんが、実際には形が変わるだけです。
エネルギー保存は、宇宙のエネルギーのバランスです。サッカーボールが蹴られると、キックによって一定量のエネルギーが伝達されます。ボールは、主に運動エネルギーの形で、同じ量のエネルギーを獲得します。ただし、ボールの運動エネルギーは、そのエネルギーの一部が音エネルギーと、ボールと地面の間の摩擦による熱に変換されるため、減少します。エネルギー保存の法則によれば、サッカー選手が蹴ることによってボールに与えるエネルギーの量は、ボールが得るエネルギーと等しくなります。次に、ボールが失うエネルギーは、ボールが減速するにつれて音エネルギーと熱として宇宙に伝達されるエネルギーの量に等しくなります。
大まかに、エネルギーは次の 2 つのカテゴリに分類できます。
エネルギーはさまざまな形をとることができます。ここではいくつかの例を示します
エネルギーの標準測定単位は、J と略されるジュールです。エネルギーを測定するその他の単位には、キロワット時、カロリー、ニュートン メートル、サーム、フィート ポンドが使用されます。
エネルギー移動は、エネルギーがある場所から別の場所に移動するときに発生します。エネルギーは、動いている足からのエネルギーがサッカー ボールに伝達されたり、エネルギーが 1 つの形から別の形に変化したりするときのように、ある物体から別の物体に移動することができます。バッテリーのエネルギーが電子機器に電力を供給するために使用されると、化学エネルギーが電気エネルギーに変換され、ワイヤーに沿って移動します。エネルギーは、光、音、熱によって伝達できます。
エネルギーは光として伝達できます- 光エネルギーは私たちが見ることのできる唯一のエネルギーです。太陽からの光は植物の成長を助け、私たちが楽しむ食べ物を作ります。太陽のエネルギーは、太陽電池にも電力を供給し、電気を生成するために使用できます。
エネルギーは音として伝達されます– 大音量のコンサート、マーチング バンド、またはスピーカーから流れる大音量の音楽は、体の振動を感じるのに十分なエネルギーを生成することがあります。音のエネルギーは、音波がドラムのような音源から別の物体に伝わるときに伝達されます。音が十分に大きい場合、波は胸で感じることができる非常に激しい振動を生み出します.
エネルギーは熱として伝達されます– キャンプファイヤーのそばに座ると、熱が体を温めるのを感じることができます。熱は、暖かい物体から冷たい物体に移動できます。
エネルギー保存則の一般的な例としては、次のようなものがあります。
エネルギー保存の法則の興味深い結果の 1 つは、第 1 種の永久運動機械が不可能であることを意味することです。つまり、システムには外部電源が必要であり、周囲に無制限のエネルギーを継続的に供給する必要があります。
