Енергія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Перейти до: навігація, пошук

Ене́ргія (від грец. ενεργός - діяльний) — загальна кількісна міра руху і взаємодії всіх видів матерії. Енергія не виникає ні з чого і нікуди не зникає, вона може тільки переходити з одного вигляду в інший (закон збереження енергії). Поняття енергії зв`язує всі явища природи в одне ціле, є загальною характеристикою стану фізичних тіл і фізичних полів.

Внаслідок існування закону збереження енергії поняття «енергія» пов’язує всі явища природи.


Зміст

[ред.] Позначення й одиниці вимірювання

У фізиці енергія зазвичай позначається латинською літерою E.

В системі СІ енергія вимірюється в джоулях. В системі СГС - у ергах. Крім цих основних одиниць вимірювання на практиці використовується дуже багато інших зручних при конкретному застовуванні одиниць. В атомній і ядерній фізиках а також у фізиці елементарних частинок енергію вимірюють електрон-вольтами, в хімії калоріями, в фізиці твердого тіла градусами Кельвіна, в оптиці оберненими сантиметрами, в квантовій хімії в Гартрі.

[ред.] Види енергії

У відповідності до різних форм руху матерії, розрізняють кілька типів енергії: механічна, електромагнітна, хімічна, ядерна, теплова, гравітаційна та ін. Цей поділ є досить умовним. Так хімічна енергія складається з кінетичної енергії руху електронів, їхньої взаємодії та взаємодії з атомами.

Крім того, розрізняють енергію внутрішню і енергію у полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія дорівнює сумі кінетичної енергії руху молекул і потенціальної енергії взаємодії молекул між собою. Внутрішня енергія ізольованої системи є постійною.

У різномантнітних фізичних процесах різні види енергії можуть перетворюватися один у інший. Наприклад, ядерна енергія в атомних електростанціях перетворюється спочатку у внутрішню теплову енергію пари, яка обертає турбіни (механічна енергія), що в свою чергу індукують електричний струм в генераторах (електрична енергія), який використовується для освітлення (енергія електромагнітного поля) і т.д.

Енергія системи однозначно залежить від параметрів, що характеризують її стан. У випадку неперервного середовища вводять поняття густини енергії - енергія в одиниці об`єму, і густини потоку енергії, що дорівнює добутку густини енергії на швидкість її переміщення.

[ред.] Історія

Поняття енергії складалося у фізиці протягом багатьох століть. Його розуміння весь час змінювалося. Вперше термін енергія у сучасному фізичному розумінні застосував у 1808 році Томас Янг. До того вживався термін «життєва сила» (лат. vis viva), який ще в 17-му столітті ввів у обіг Лейбніц, визначивши його як добуток маси на квадрат швидкості. В 1829 році Коріоліс вперше застосував термін кінетична енергія в сучасному сенсі, а термін потенціальна енергія був запроваджений Вільямом Ренкіном в 1853 році. На той час отримані в дослідженнях у різних областях науки дані почали складатися в загальну картину. Завдяки дослідам Джоуля, Маєра, Гельмгольца прояснилося питання перетворення механічної енергії в теплову. Ці відкриття дозволили сформулювати перший закон термодинаміки або закон збереження енергії. Поняття енергії стало центральним у розумінні фізичних процесів.

Незабаром природним чином у поняття енергії вписалася термодинаміка хімічних реакцій і теорія електричних і електромагнітних явищ.

З побудовою теорії відносності до поняття енергії добалося нове розуміння. Якщо раніше потенціальна енергія визначалася з точністю до довільної сталої, то теорія Ейнштейна встановила зв'язок енергії з масою.

Квантова механіка збагатила поняття енергії квантуванням — для певних фізичних систем енергія може приймати лише дискретні значення. Крім того принцип невизначеності встановив границі точності вимірювання енергії і її взаємозв'язок із часом. Теорема Нетер продемонструвала, що закон збереження енергії випливає з принципу однорідності часу, за яким фізичні процеси в одинакових системах протікають однаково, навіть якщо вони починаються в різні моменти часу.

[ред.] Теорія відносності

Енергія тіла залежить від системи відліку, тобто неоднакова для різних спостерігачів. Якщо тіло рухається зі швидкістю v відносно якогось спостерігача, то для іншого спостерігача, який рухається з тою ж швидкістю, воно здаватиметься нерухомим. Відповідно, для першого спострерігача кінетична енергія тіла буде дорівнювати (виходячи із законів класичної механіки) mv2 / 2, де m - маса тіла, а для іншого - нулю.

Ця залежність енергії від системи відліку зберігається також у теорії відносності. Для визначення перетворень, які відбуваються з енергією при переході від одної інерційної системи відліку до іншої використовується складніша математична конструкція - тензор енергії-імпульсу.

Енергія тіла залежить від швидкості вже не так як у Ньютонівській фізиці, а інакше:

E = \frac{mc^2}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} ,

де m - інваріантна маса.

[ред.] Квантова механіка

Тоді, як у класичній фізиці енергія будь-якої системи змінюється непервно і може набувати довільних значень, Квантова теорія стверджує, що енергія мікрочастинок, прив'язаних силою взаємодії із іншими мікрочастинками до обмежених областей простору, може набувати лише певних дискретних значень. Так, атоми випромінюють енергію в вигляді дискретних порцій - світлових квантів, або фотонів.

Оператором енергії в квантовій механіці є гамільтоніан. В стаціонарних станах квантових систем енергія може мати лише ті значення, які відповідають власним значенням гамільтоніана. Для локалізованих станів енергія може мати лише певні дискретні значення.

[ред.] Принцип невизначеності

Енергія є фізичною величиною, каноноічно спряжено з часом. Принцип невизначеності Гайзенберга для енергії записується у вигляді

\Delta E \Delta t \geq \frac{\hbar}{2} ,

де ΔE - похибка у визначенні енергії, Δt - похибка у визначенні часу, \hbar - зведена стала Планка.

Ця умова означає, що для абсолютно точного визначення енергії фізичної системи за нею потрібно спостерігати нескінченно довго. Якщо ж ситема існує в певному стані скінченний час, то похибка у визначенні її енергії визначається цим часом.

Зважаючи на мале значення сталої Планка, похибка у визначенні енергії макроскопічних систем незначна, й у більшості випадків нею можна знехтувати. Однак, при розгляді мікроскопічних станів із дуже малим часом життя, вона може бути суттєвою.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.


[ред.] Див. також

[ред.] Джерела

  • Федорченко А.М.. Теоретична механіка (1975), Київ: Вища школа., 516 с.
  • Федорченко А.М.. Теоретична фізика. Квантова механіка, термодинаміка і статистична фізика. Т.2. (1993), Київ: Вища школа., 415 с.
Отримано з http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D1%96%D1%8F
Особисті інструменти