Energia

Zapamiętaj

Energia opisuje zdolność ciała lub układu ciał do wykonania pracy.

Jednostką energii jest dżul:

\(1\ \text{J}\)

Energia może występować w różnych formach, na przykład jako energia kinetyczna, potencjalna, chemiczna, elektryczna, jądrowa lub wewnętrzna.

Energia nie powstaje z niczego i nie znika, lecz może zmieniać swoją postać.

Energia jest wielkością fizyczną, która opisuje zdolność ciała lub układu ciał do wykonania pracy albo przekazywania energii innym ciałom.

Jednym z rodzajów energii jest energia mechaniczna. Ma ją ciało lub układ ciał, który jest zdolny do wykonania pracy mechanicznej.

Jednostką energii w układzie SI jest dżul, oznaczany symbolem \(\text{J}\).

\(1\ \text{J}=1\ \text{N}\cdot\text{m}\)

Dżul jest też jednostką pracy.

Energię mechaniczną możemy podzielić na energię kinetyczną i energię potencjalną. Między nimi zachodzą ciągłe przemiany.

Nie są to jedyne rodzaje energii. Można się spotkać w fizyce także z innymi rodzajami energii, takimi jak na przykład:

energia jądrowa,
energia promienista,
energia elektryczna,
energia chemiczna,
energia termiczna,
energia wewnętrzna.

Energia w teorii względności

W teorii względności energia i masa są ze sobą ściśle związane. Oznacza to, że masa ciała może być traktowana jako pewna forma energii. Zależność tę opisuje słynny wzór Einsteina:

\(E=mc^2\)

We wzorze \(m\) oznacza masę ciała, a \(c\) — prędkość światła w próżni. Ponieważ prędkość światła jest bardzo duża, nawet niewielkiej masie odpowiada ogromna ilość energii.

Energia \(E=mc^2\) nazywana jest energią spoczynkową ciała. Jest to energia, którą ciało ma tylko dlatego, że posiada masę, nawet wtedy, gdy się nie porusza.

Relatywistyczny opis energii staje się potrzebny dopiero przy bardzo dużych prędkościach, na przykład w fizyce cząstek elementarnych, reakcjach jądrowych i astrofizyce.

Metody uzyskiwania energii

Energię można uzyskiwać na wiele sposobów, na przykład podczas spalania paliw, w reakcjach chemicznych, w elektrowniach wodnych, wiatrowych, słonecznych oraz w reakcjach jądrowych.

Spośród praktycznie wykorzystywanych metod bardzo dużą ilość energii z jednostki masy paliwa dają reakcje jądrowe, ponieważ wiążą się one z przemianą części masy w energię.

W reakcjach jądrowych masa produktów reakcji może być nieco mniejsza od masy cząstek początkowych. Ta różnica mas, nazywana defektem masy, odpowiada energii wydzielonej w reakcji. Opisuje to wzór Einsteina:

\(E=\Delta mc^2\)

We wzorze \(\Delta m\) oznacza ubytek masy, a \(c\) — prędkość światła w próżni. Ponieważ \(c^2\) jest bardzo dużą liczbą, nawet niewielki ubytek masy może odpowiadać ogromnej ilości energii.

Dla przykładu, gdyby masa układu zmniejszyła się o \(1\ \text{kg}\), wydzielona energia wyniosłaby: \(E=1\ \text{kg}\cdot \left(3\cdot 10^8\ \frac{\text{m}}{\text{s}}\right)^2=9\cdot 10^{16}\ \text{J}\)

W praktyce tylko niewielka część masy paliwa jądrowego zamienia się w energię, ale i tak energia uzyskiwana w reakcjach jądrowych jest znacznie większa niż w zwykłych reakcjach chemicznych.

Reakcje jądrowe należą obecnie do najbardziej wydajnych technicznie dostępnych metod uzyskiwania energii z jednostki masy paliwa.

Pytania

Czy energię można stworzyć?

Energia całkowita nie może być tworzona ani niszczona w odosobnionym układzie, choć może zmieniać swoją postać. To tak zwana zasada zachowania energii, której poświęciliśmy odrębny artykuł.

Na przykład produkcja (wytwarzanie) energii w elektrowni węglowej oznacza tylko przekształcenie energii chemicznej w elektryczną, nie zaś tworzenie jest od podstaw.