Мы часто используем слово «энергия» в повседневной речи. Существует множество различных форм энергии, которые мы используем каждый день: двигаемся, разговариваем, готовим, прыгаем, включаем свет, отопление, музыку и телевизор. В этом уроке мы узнаем об энергии и её различных формах на примере ситуаций, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни.
Давайте начнем.
Энергия заставляет вещи происходить. Каждый раз, когда что-то движется, это происходит благодаря энергии. Каждый раз, когда что-то нагревается, это происходит благодаря энергии. Каждый раз, когда что-то издаёт звук, это происходит благодаря энергии. Мы используем энергию, чтобы думать, играть и говорить. Фактически, каждый раз, когда мы что-либо делаем, мы используем энергию!
Мы используем энергию для отопления и охлаждения наших домов, школ и офисов. Мы используем энергию для освещения и работы бытовых приборов. Энергия заставляет наши автомобили двигаться, самолёты летать, корабли плавать и машины работать.
Всем живым существам тоже нужна энергия. Растения используют солнечный свет для роста. Животные и люди питаются растениями и используют накопленную энергию. Пища — это топливо для энергетических потребностей нашего организма.
Вы замечали, как после напряжённой игры в футбол (или любого другого вида спорта) становится жарко? Это происходит потому, что организм вырабатывает тепловую энергию.
Проще говоря, энергия — это способность совершать работу. Энергия существует во многих формах, и мы используем её по-разному. Давайте рассмотрим несколько примеров из нашей повседневной жизни:
Что обладает большей энергией — летящий в небе самолёт или падающая со стола книга? У летящего в небе самолёта больше энергии, потому что он движется гораздо быстрее книги, а также потому, что он тяжелее книги.
Когда горячий шоколад остывает, он приобретает или теряет тепловую энергию? Тепловая энергия теряется, потому что молоко отдаёт свою тепловую энергию (или тепло) окружающей среде и больше не поглощает тепловую энергию, получаемую от нагревающейся плиты.
Как вы думаете, почему кофемашины или телевизоры начинают работать, когда их подключают к розетке? Это происходит потому, что электрическая энергия передаётся по линиям электропередачи и затем снабжает энергией множество различных устройств, необходимых для работы.
Какой звук обладает большей энергией — гудок грузовика или звук фонтана? У гудка больше энергии, потому что чем громче звук, тем больше звуковой энергии он несёт.
Энергия, которой обладает тело, измеряется его способностью совершать работу. Следовательно, единица измерения энергии та же, что и работа, – джоуль (Дж). 1 джоуль (Дж) – это энергия, необходимая для выполнения 1 джоуля работы. Джоуль – это количество энергии, переданное телу при перемещении его на расстояние 1 м против силы 1 Н. Используется более крупная единица измерения энергии – килоджоуль (кДж). 1 кДж = 1000 Дж.
Кинетическая энергия — любые движущиеся объекты используют кинетическую энергию. Например, полёт самолёта в небе, бросание мячей, бег, езда на велосипеде и т. д. — вот примеры кинетической энергии. Движущийся автомобиль на дороге обладает кинетической энергией, в то время как припаркованный автомобиль не обладает кинетической энергией. Это означает, что кинетическая энергия существует только тогда, когда тело или объект движется. Когда объект находится в состоянии покоя, его кинетическая энергия равна нулю. Это означает, что когда Движение = 0, Кинетическая энергия = 0. Она принимает значения от нуля до положительного значения. Пример: ребёнок качается на качелях. Независимо от того, двигаются ли качели вперёд или назад, значение кинетической энергии никогда не бывает отрицательным.
Потенциальная энергия – это энергия положения объекта. Пример: когда ребёнок качается на качелях, достигая верхней точки дуги, его потенциальная энергия максимальна. Когда он находится ближе к земле, его потенциальная энергия минимальна (0). Другой пример – бросание мяча в воздух. В наивысшей точке потенциальная энергия максимальна. Когда мяч поднимается или опускается, он обладает суммой потенциальной и кинетической энергии.
Механическая энергия – это энергия, возникающая при движении или изменении положения объекта. Механическая энергия представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергии. Примеры: объект, обладающий механической энергией, обладает как кинетической, так и потенциальной энергией, хотя энергия одной из этих энергий может быть равна нулю. Движущийся автомобиль обладает кинетической энергией. Если поднять автомобиль на гору, он будет обладать как кинетической, так и потенциальной энергией. Книга, лежащая на столе, обладает потенциальной энергией.
Химическая энергия — это энергия, запасённая в связях атомов и молекул. При химической реакции эта энергия высвобождается. Мы используем химическую энергию в виде топлива (бензина/дизельного топлива) для движения автомобиля. Аккумуляторы, биомасса, нефть, природный газ и уголь — примеры запасённой химической энергии. Пища также является хорошим примером запасённой химической энергии. Эта энергия высвобождается в процессе пищеварения.
Электрическая энергия — энергия, генерируемая мельчайшими заряженными частицами, называемыми электронами. Молния — это одна из форм электрической энергии. Практически все наши приборы, такие как ноутбуки, кофемашины, мобильные телефоны, пылесосы и телевизоры, работают от электричества.
Тепловая энергия – также известна как тепловая энергия. Энергия, исходящая от огня, – это тепловая энергия. Она отражает разницу температур между двумя системами. Как мы знаем, вещество состоит из молекул. При повышении температуры вещества частицы начинают вибрировать быстрее. Тепловая энергия – это энергия, получаемая из температуры вещества. Чашка горячего кофе, электрическая или газовая плита, комнатный обогреватель и т. д. – примеры тепловой энергии.
Световая энергия — также известная как лучистая энергия. Земля получает большую часть своей энергии от солнечного света. Растения получают световую энергию от Солнца и преобразуют её в химическую энергию (питание), которая способствует их росту. Этот процесс называется фотосинтезом.
Звуковая энергия – Чем громче мы кричим, тем больше звуковой энергии мы используем. Всё, что вы слышите, – это звуковая энергия. Помимо нашего голоса, существует множество других примеров звуковой энергии: хлопки в ладоши, игра на гитаре, лай собак и т. д.
Ядерная энергия – ядерная энергия хранится в ядрах атомов. Эта энергия высвобождается при объединении (синтезе) или расщеплении (делении) ядер. Примеры: деление ядер, ядерный синтез и ядерный распад – примеры ядерной энергии. Атомный взрыв и энергия, вырабатываемая атомной электростанцией, – конкретные примеры этого типа энергии. Атомные электростанции расщепляют ядра атомов урана для производства электроэнергии.
Электромагнитная энергия – Электромагнитная энергия, или энергия излучения, – это энергия света или электромагнитных волн. Пример: любая форма света обладает электромагнитной энергией, включая невидимые нам области спектра. Радио, гамма-излучение, рентгеновские лучи, микроволны и ультрафиолетовое излучение – вот лишь некоторые примеры электромагнитной энергии.
Гравитационная энергия – энергия, связанная с гравитацией, обусловлена притяжением между двумя объектами, обусловленным их массой. Она может служить основой для механической энергии, например, потенциальной энергии объекта, лежащего на полке, или кинетической энергии Луны, вращающейся вокруг Земли. Пример: Гравитационная энергия удерживает атмосферу Земли.
Энергия ионизации – это форма энергии, которая связывает электроны с ядром атома, иона или молекулы. Пример: энергия первой ионизации атома – это энергия, необходимая для полного удаления одного электрона. Энергия второй ионизации – это энергия, необходимая для удаления второго электрона, и она больше энергии, необходимой для удаления первого электрона.
Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а может лишь переходить из одной формы в другую. Примером может служить химическая энергия в пище, которая преобразуется в кинетическую энергию при движении.
Масса тесно связана с энергией. Вследствие эквивалентности массы и энергии любой неподвижный объект, обладающий массой, обладает эквивалентным количеством энергии, называемым энергией покоя. Масса покоя — это масса неподвижного тела. Увеличение энергии тела сверх энергии покоя увеличивает его общую массу. Пример: нагревание объекта приводит к увеличению энергии, которое можно измерить как небольшое увеличение массы.
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГИЯ
Возобновляемая энергия — это энергия, получаемая из источников, которые не истощаются или могут быть восполнены в течение жизни человека. Наиболее распространённые примеры включают энергию ветра, солнца, геотермальную энергию, биомассу и гидроэнергию.
Солнечная энергия – это тип энергии, получаемой от солнца. Она может быть преобразована в электрическую, тепловую и химическую энергию. Например, солнечные панели используются для сбора солнечной энергии и её последующего преобразования в электрическую. Эта энергия может использоваться для освещения или отопления. Солнечная энергия также используется в электроприборах, таких как мобильные телефоны. Этот вид энергии широко распространен в тропических регионах мира, где традиционно используется для сушки таких культур, как кофе, кукуруза и рис. Преимущества этого вида энергии заключаются в её дешевизне, неисчерпаемости, широком спектре источников и экологичности.
Ветроэнергетика – это энергия ветра . Ветряные мельницы преобразуют энергию ветра в механическую энергию, которую можно использовать различными способами, например, для производства электроэнергии, помола зерна и перекачки воды. На протяжении веков энергия ветра использовалась для приведения в движение океанских судов, таких как дау и корабли. Открытые ландшафты являются основными потенциальными районами использования энергии ветра.
Энергия, получаемая из воды, называется гидроэнергией. Она вырабатывается при её движении. Вода, текущая с высокой скоростью, обладает большой кинетической энергией, способной совершать работу. Например, силу воды можно использовать для вращения мельниц для измельчения зерна. Эта энергия также используется для вращения турбин, вырабатывающих гидроэлектроэнергию.
НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГИЯ
В отличие от этого, невозобновляемая энергия — это энергия, получаемая из источников, запасы которых иссякнут или не будут восполнены при нашей жизни. Большинство источников невозобновляемой энергии — это ископаемое топливо, такое как уголь, газ и нефть.
Нефть – это жидкие и газообразные углеводороды животного и растительного происхождения, которые отложились, сжались и превратились в эти формы в осадочных породах. После переработки нефти получают различные продукты, включая бензин, авиационное топливо, смазочные материалы, керосин и битум. Эти продукты используются в различных целях. Промышленное дизельное топливо используется в промышленности в печах и котлах для получения топлива для транспортных средств, судов, локомотивов и машин.
Уголь — это коричневая или чёрная горная порода, состоящая в основном из углерода, образовавшегося миллионы лет назад в результате сжатия растительных остатков. Использование угля в качестве источника энергии в последние годы сократилось в связи с открытием геотермальной энергии, гидроэлектроэнергии и нефти.
Природный газ — это вид газа, образующийся под землей и в верхних слоях сырой нефти, но может встречаться и в чистом виде. Он используется в промышленности, главным образом, для отопления, а также в бытовых целях: для отопления, освещения и приготовления пищи.
