Энергия равна: Кинетическая энергия — урок. Физика, 8 класс.

Содержание

Что на самом деле означает знаменитая формула Эйнштейна?

Уравнение E=mc² мелькает везде: от кепок до наклеек на бамперах. В 2008 году Мэрайя Кэри даже назвала так свой альбом. Но что, в сущности, означает знаменитое уравнение относительности, выведенное Альбертом Эйнштейном?

Для начала, E — это энергия, M — это масса, измерение количества вещества. Энергия и материя взаимозаменяемы. Кроме того, важно помнить, что во Вселенной есть установленное количество энергии и материи. Энергия постоянно перетекает в материю и обратно. Ничего не исчезает бесследно.

Теперь поговорим о c². Это часть уравнения, которая обозначает скорость света в квадрате. Получается, что энергия равна количеству массы, умноженной на скорость света в квадрате.

Почему нам нужно умножать материю на скорость света, чтобы получить энергию? Причина в том, что энергия, будь это световые волны или радиация, движется со скоростью света. Это 300 000 километров в секунду. Когда мы разбиваем атомы в ядерном реакторе или атомной бомбе, энергия вырывается со скоростью света.

Но почему скорость света в квадрате? Причина в том, что кинетическая энергия или энергия движения пропорциональна массе. Когда вы ускоряете объект, кинетическая энергия увеличивается на сумму скорости в квадрате. Вот отличный пример, с которым сталкивается любой водитель: если вы увеличите скорость в два раза, тормозной путь будет в четыре раза дольше, потому что тормозной путь равен квадрату скорости.

Скорость света в квадрате — колоссальное число, демонстрирующее, какое огромное количество энергии есть даже в небольшом количестве вещества. Возьмем 1 грамм воды — если вся масса конвертируется в чистую энергию по формуле E=mc², выйдет 20 000 тонн в тротиловом эквиваленте. Вот почему небольшой кусочек урана или плутония может произвести суровый атомный взрыв.

Уравнение Эйнштейна открыло двери для многочисленных технологических достижений в разных сферах, от ядерной энергетики и ядерной медицины до «одомашнивания солнца». Не так давно мы писали, что NASA планирует оснастить небольшим термоядерным реактором каждый дом и автомобиль, только основан он будет не на энергии распада, а на энергии синтеза. Дело очень непростое, но только подумайте: небольшое количество вещества может обеспечить вас энергией до конца ваших дней. Эйнштейн был весьма незаурядным физиком, и многие склонны искать причину его гениальности в мозге.

Читайте подробнее о «сером веществе» автора теории относительности.

E = mc²: Самое знаменитое уравнение Эйнштейна | by Сергей Базанов | Paradox Review

Вот три самых важных по значимости вывода, которые следуют из этого простого уравнения:

  1. Даже массы в покое имеют присущую им энергию. Вы знаете обо всех типах энергий, включая механическую, химическую и электрическую энергию, а также кинетическую энергию. Это все энергии, присущие движущимся или реагирующим объектам, и эти формы энергии могут быть использованы для работы, такой как вращение двигателя, свет лампочки или измельчение зерна в муку. Но даже простая, обычная масса в покое имеет присущую ей энергию: огромное количество энергии. Это несет в себе потрясающий вывод: гравитация, которая существует между любыми двумя массами во Вселенной, также должна работать на основе энергии, которая эквивалентна массе через уравнение E=mc².
  2. Масса может быть преобразована в чистую энергию. Это второе значение уравнения, где E=mc² точно показывает, сколько энергии вы получаете от преобразования массы. На каждый 1 килограмм массы превращающейся в энергию, мы получим 9×10¹⁶ джоулей энергии, что эквивалентно 21 мегатонн в тротилловом эквиваленте. Когда происходит радиоактивный распад или ядерная реакцию деления или синтеза, начальная масса больше конечной массы — закон сохранения массы не работает. Но разница в количестве масс — это высвобожденная энергия! Это верно для всех ядерных реакций, от распада урана при взрыве атомной бомбы до ядерного синтеза на Солнце и аннигиляции антиматерии. Количество уменьшающейся массы становится энергией, которая рассчитывается из уравнения E=mc².
  3. Энергию можно использовать для того чтобы сделать массу из ничего… за исключением чистой энергии. Последнее является наиболее глубоким. Если взять два бильярдных шара и столкнуть их друг с другом, вы получите те же два бильярдных шара. Если взять фотон и электрон и столкнуть их вместе, вы также получите фотон и электрон. Но если столкнуть их с достаточным количеством энергии, то получится и фотон, и электрон, и новая материя — пара частиц антивещества. Другими словами, вы создали две новые массивные частицы:
    — частицы материи, такие как электрон, протон, нейтрон и т.п.
    — и частицы антивещества, такие как позитрон, антипротон, антинейтрон и т.п.,
    чье существование может возникнуть, только если будет достаточно энергии. Именно таким образом ускорители частиц, как Большой адронный коллайдер в CERN, ищут новые, нестабильные, высокоэнергетические частицы (например, бозон Хиггса или верхний кварк) — создавая эти новые частицы из чистой энергии. Получаемая масса исходит из имеющейся энергии: m=E/c².

Факт эквивалентности массы-энергии привел Эйнштейна к его величайшему достижению: Общей теории относительности. Представьте, что у вас есть частица материи и частица антивещества, каждая из которых имеет одинаковую массу покоя. Вы можете уничтожить их, и они будут производить фотоны определенного количества энергии, точного количества, заданного формулой E=mc². Теперь представьте, что пара частиц/античастиц движется очень быстро, как будто они падают из космоса, а затем самоуничтожаются вблизи поверхности Земли. Эти фотоны теперь будут иметь дополнительную энергию: не только E от E = mc², но и дополнительную E от количества кинетической энергии, которую они получили при падении.

Если мы хотим сохранить энергию, мы должны понять, что гравитационное красное смещение (а также синее смещение) должно быть реальным. Теория всемирного тяготения Ньютона не может объяснить этого, но в Общей теории относительности Эйнштейна кривизна пространства означает, что попадание в гравитационное поле заставляет вас получать энергию, а выход из гравитационного поля заставляет вас терять энергию. Тогда полное и общее отношение для любого движущегося объекта — это не только E=mc², но и E²=m²c⁴+p²c² (где p — импульс.) Только обобщая вещи, включающие энергию, импульс и гравитацию, мы можем действительно описать Вселенную.

Великое уравнение Эйнштейна, E=mc², является триумфом мощи и простоты фундаментальной физики. Материя имеет присущее ей количество энергии, масса может быть преобразована (при правильных условиях) в чистую энергию, а энергия может быть использована для создания массивных объектов, которые ранее не существовали. Размышления об этом позволили ученым обнаружить фундаментальные частицы, составляющие нашу Вселенную, изобрести ядерную энергию и ядерное оружие, и открыть теорию гравитации, описывающую, как взаимодействует каждый объект во Вселенной.

Шкала температуры. Шкала Цельсия, Фаренгейта, Кельвина, Реомюра

История

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Из того, что температура — это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т. д.

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F — 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

 






Пересчёт температуры между основными шкалами

 

Кельвин

Цельсий

Фаренгейт

Кельвин (K)

= K

= С + 273,15

= (F + 459,67) / 1,8

Цельсий (°C)

= K − 273,15

= C

= (F − 32) / 1,8

Фаренгейт (°F)

= K · 1,8 − 459,67

= C · 1,8 + 32

= F

 Сравнение температурных шкал








Описание

Кельвин Цельсий

Фаренгейт

Ньютон Реомюр

Абсолютный ноль

0

−273. 15

−459.67

−90.14

−218.52

Температура таяния смеси Фаренгейта (соли и льда в равных количествах)

255.37

−17.78

0

−5.87

−14.22

Температура замерзания воды (нормальные условия)

273.15

0

32

0

0

Средняя температура человеческого тела¹

310.0

36.8

98.2

12. 21

29.6

Температура кипения воды (нормальные условия)

373.15

100

212

33

80

Температура поверхности Солнца

5800

5526

9980

1823

4421

¹ Нормальная температура человеческого тела — 36.6 °C ±0.7 °C, или 98.2 °F ±1.3 °F. Приводимое обычно значение 98.6 °F — это точное преобразование в шкалу Фаренгейта принятого в Германии в XIX веке значения 37 °C. Поскольку это значение не входит в диапазон нормальной температуры по современным представлениям, можно говорить, что оно содержит избыточную (неверную) точность. Некоторые значения в этой таблице были округлены.

Сопоставление шкал Фаренгейта и Цельсия

(oF — шкала Фаренгейта, oC — шкала Цельсия)

 



oF

oC

 

oF

oC

 

oF

oC

 

oF

oC

-459. 67
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-190
-180
-170
-160
-150
-140
-130
-120
-110
-100
-95
-90
-85
-80
-75
-70
-65

-273.15
-267.8
-240.0
-212.2
-184.4
-156.7
-128.9
-123.3
-117.8
-112.2
-106.7
-101.1
-95.6
-90.0
-84.4
-78.9
-73.3
-70.6
-67.8
-65.0
-62.2
-59.4
-56.7
-53.9

 

-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5

-51.1
-48.3
-45.6
-42.8
-40.0
-37.2
-34.4
-31.7
-28.9
-28.3
-27.8
-27.2
-26.7
-26.1
-25.6
-25.0
-24.4
-23.9
-23.3
-22.8
-22.2
-21.7
-21.1
-20. 6

 

-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

-20.0
-19.4
-18.9
-18.3
-17.8
-17.2
-16.7
-16.1
-15.6
-15.0
-14.4
-13.9
-13.3
-12.8
-12.2
-11.7
-11.1
-10.6
-10.0
-9.4
-8.9
-8.3
-7.8
-7.2

 

20
21
22
23
24
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
125
150
200

-6.7
-6.1
-5.6
-5.0
-4.4
-3.9
-1.1
1.7
4.4
7.2
10.0
12.8
15.6
18.3
21.1
23.9
26.7
29.4
32.2
35.0
37.8
51.7
65.6
93. 3

Для перевода градусов цельсия в кельвины необходимо пользоваться формулой T=t+T0 где T- температура в кельвинах, t- температура в градусах цельсия, T0=273.15 кельвина. По размеру градус Цельсия равен Кельвину.

 

Как измеряют радиоактивность?

Радиоактивное излучение не воспринимается напрямую нашими органами чувств. Но его можно обнаружить и измерить по косвенным признакам.

Методы обнаружения основаны на том факте, что излучение оставляет след или задерживается в той материи, через которую проходит. Специальные приборы – детекторы, используемые сегодня, имеют разную физическую основу (газовые, сцинтилляционные, полупроводниковые счетчики), но они используют один и тот же принцип: переводят фотоны, электроны или альфа-частицы излучения, в электрический сигнал, чтобы рассчитать количество распадов или иными словами количество беккерелей.

Несмотря на то, что 1 беккерель – это чрезвычайно маленькая радиоактивность, измерительные приборы, которыми располагает человечество, в большинстве случаев достаточно чувствительны, чтобы обнаружить радиоактивность.

Радиоактивность можно измерить как в лаборатории, так и с помощью переносных аппаратов, предназначенных для регистрации конкретного типа излучения.

Единицы измерения радиоактивности
Беккерель, грей и зиверт – три единицы, в которых измеряют радиоактивность, ее энергию и ее воздействие соответственно.

Как уже упоминалось, активность в беккерелях (Бк) равна числу атомов, распадающихся за секунду (1 Бк соответствует распаду одного атома за секунду). Ранее для обозначения числа распадов использовалась единица кюри – соответствующая тридцати семи миллиардам распадов за секунду, названная в честь первооткрывателей радия — Пьера и Марии Кюри.

Грей (Гр) – единица измерения количества энергии, которое выделятся в веществе при воздействии излучения. 1 Гр соответствует тому, что вещество получило один джоуль энергии в расчете на один килограмм массы, и определяет поглощённую дозу. Ранее использовалась единица «рад».

Зиверт (Зв) – единица биологического воздействия на организм в зависимости от типа излучения. 1 зиверт – это количество энергии, поглощённое килограммом биологической ткани, равное по воздействию поглощённой дозе гамма-излучения в 1 Гр. Эквивалентная доза, характеризующая биологический эффект облучения организма ионизирующим излучением, измеряется в Зивертах. Прежде использовалась единица Бер, составляющая 1 сотую Зиверта.

Измеряемая величина Определение Единица измерения
Радиоактивность Количество распадов в секунду Беккерель (Бк)
Поглощенная доза Количество энергии, полученное материей от излучения Грей (Гр)
Эквивалентная доза Воздействие излучения на организм Зиверт (Зв)

Механическая энергия системы тел.

Закон сохранения механической энергии

Мы изучали различные виды энергии, которыми обладают тела или системы тел. При этом было установлено, что кинетическая энергия определяется движением тел и их массой и зависит от механических параметров системы (масс тел и их скоростей). Потенциальная энергия системы тел определяется их взаимодействием и также зависит от механических параметров (взаимного положения, т. е. координат тел системы, их масс и т. д.). Таким образом, эти виды энергии – кинетическая и потенциальная – определяются механическим состоянием системы тел. Их сумму называют механической энергией системы тел.

Сумму потенциальной и кинетической энергий называют механической энергией системы тел.

В дальнейшем механическую энергию системы тел мы будем обозначать буквой Е.

Е = К + П

Рассмотрим, как изменяются кинетическая и потенциальная энергии системы тел на примере свободного падения тела в системе «тело – Земля». При падении тела вниз под действием силы тяжести скорость тела увеличивается. Следовательно, его кинетическая энергия нарастает. При этом расстояние от тела до поверхности Земли уменьшается. Значит, потенциальная энергия системы тел уменьшается при одновременном увеличении кинетической энергии.

При подъеме тела, напротив, потенциальная энергия системы возрастает. Скорость тела при этом уменьшается. Следовательно, кинетическая энергия системы уменьшается при одновременном увеличении потенциальной энергии.

Отметим, что в рассмотренных примерах силы трения в системе считают пренебрежимо малыми (при свободном падении тело движется только пол действием силы тяжести). Поэтому работа сил трения в системе равна нулю. Также пренебрежимо малыми считают внешние силы (силы, действующие на тело и Землю со стороны тел, не входящих в систему). Поэтому их работа также равна нулю.

Можно показать, и многочисленные эксперименты это подтверждают, что если суммарная работа внутренних сил трения и внешних сил равна нулю, то механическая энергия системы тел – сумма потенциальной и кинетической энергий системы – не изменяется.

Механическая энергия системы тел в инерциальной системе отсчета не изменяется, если суммарная работа внутренних сил трения и внешних сил равна нулю.

П0 + К0 = Пк + Кк,
если Атр + Аex = 0.

Написанное соотношение вместе с условием называют законом сохранения механической энергии.

Для того чтобы усвоить смысл этого закона и научиться правильно его использовать, рассмотрим решение нескольких задач.

Задача 1. «Падение»

Определите модуль vк скорости, с которой подлетит к поверхности Земли камень, начавший свободно падать без начальной скорости (v0 = 0) с высоты h0 = 20 м. Модуль ускорения свободного падения считайте равным g = 10 м/с2.

Решение. Будем решать задачу в системе отсчета, связанной с Землей, ось X направим вертикально вверх. Рассмотрим систему «камень – Земля». В начальный момент потенциальная энергия этой системы тел равна П0 = m · g · h0, где m – масса камня. Начальная кинетическая энергия системы К0 = 0. (Объясните почему.) При падении камня его кинетическая энергия будет нарастать. При этом потенциальная энерния рассматриваемой системы тел будет уменьшаться. В момент подлета к Земле hк = 0. Поэтому Пк = m · g · hк = 0. Кинетическая энергия системы в этот момент будет равна кинетической энергии камня, т. е. Кк = (m · vк2) / 2. Сил сопротивления движению камня нет – он совершает свободное падение. Нет и внешних сил – взаимодействие камня и Земли с другими объектами мы не учитываем. Следовательно, работа внешних сил и сил трения равна нулю. Воспользуемся законом сохранения механической энергии:

П0 + К0 = Пк + Кк.

Подставим в это соотношение найденные значения энергий системы:

m · g · h0 + (m · v02) / 2 = m · g · hк + (m · vк2) / 2 ,
m · g · h0 + 0 = 0 + (m · vк2) / 2 ,
vк2 = 2g · h0 = 20 · 20 (м22).

Следовательно, vк = 20 м/с.

Ответ: модуль скорости, с которой камень подлетит к поверхности Земли, равен 20 м/с.

Отметим, что в рассмотренной задаче потенциальная энергия системы тел полностью перешла в кинетическую энергию.

Задача 2. «Подъем»

Определите максимальную высоту hк, на которую поднимется камень, если его скорость у поверхности Земли направлена вертикально вверх, а ее модуль v0 = 30 м/с. Модуль ускорения свободного падения считайте равным g = 10 м/с2.

Решение. Выберем систему отсчета, связанную с Землей, ось X направим вертикально вверх. В качестве системы тел, как и прежде, рассмотрим камень и Землю. Будем считать, что сил сопротивления движению камня нет – он движется, испытывая действие только внутренней потенциальной силы (силы тяжести). Следовательно, камень, поднимаясь вверх, совершает свободное падение.

Начальная потенциальная энергия рассматриваемой системы тел равна

П0 = m · g · h0 = m · g · 0 = 0,

а ее начальная кинетическая энергия –

К0 = (m · v02) / 2 .

В момент достижения камнем максимальной высоты hк его скорость станет равна нулю (vк = 0). Поэтому кинетическая энергия системы тел будет равна

Кк = (m · vк2) / 2 = ½ m · 0 = 0.

Потенциальная энергия системы будет равна Пк = m · g · hк, где hк – искомая максимальная высота, на которую поднимется камень. Подставим полученные значения начальных и конечных потенциальных и кинетических энергий системы в закон сохранения механической энергии П0 + К0 = Пк + Кк. Получим:

0 + (m · v02) / 2 = m · g · hк + 0.

Следовательно,

hк = v02 / 2g = (30 м/с)2 / (2 · 10 м/с2) = 900/20 м = 45 м.

Ответ: максимальная высота, на которую поднимется камень, равна hк = 45 м.
Отметим, что в процессе подъема начальная кинетическая энергия камня полностью перешла в потенциальную энергию системы «камень – Земля». При этом потенциальная энергия системы возросла на величину, в точности равную убыли кинетической энергии.

Из рассмотренных примеров можно сделать важный вывод.

При свободном падении камня (этапы «подъем» и «падение») изменение потенциальной энергии системы «камень – Земля» равно изменению кинетической энергии этой системы, взятому с обратным знаком.

Задача 3. «Сжатие пружины»

На легкую упругую пружину жесткостью k = 1 МН/м, прикрепленную к стене, налетает скользящий по гладкой горизонтальной плоскости брусок массой m = 25 кг (рис. 134). Модуль скорости бруска v = 10 м/с. Определите максимальное сжатие пружины под действием этого бруска.

Решение. Будем решать задачу в системе отсчета, связанной с Землей. Рассмотрим систему тел, состоящую из пружины и бруска. В момент касания бруском пружины кинетическая энергия системы тел равна К0 = (m · v2) / 2. При этом потенциальная энергия нашей системы равна нулю, так как пружина не деформирована. Работа внешних сил (силы тяжести и реакций опор) равна нулю. Сил трения нет. К моменту максимального сжатия пружины на величину Δl брусок остановится. Следовательно, конечная кинетическая энергия указанной системы тел будет равна нулю. При этом потенциальная энергия системы станет равной Пк = (k · Δl2) / 2. Воспользуемся законом сохранения механической энергии П0 + К0 = Пк + Кк. Подставим в это соотношение найденные значения энергий:

0 + (m · v2) / 2 = (k · Δl2) / 2 + 0.

Следовательно,

Δl = 5 / 100 (м) = 5 см.

Ответ: пружина сожмется на 5 см.

Обратим внимание на то, что мы не смогли бы решить эту задачу, используя непосредственно законы Ньютона и определение работы. Это связано с тем, что совершающая работу сила упругости не остается постоянной – эта сила изменяется при сжатии пружины.

Итоги

Сумму потенциальной и кинетической энергий называют механической энергией системы тел.

Е = К + П

Закон сохранения механической энергии.

Механическая энергия системы тел в инерциальной системе отсчета не изменяется, если суммарная работа внутренних сил трения и внешних сил равна нулю.

П0 + К0 = Пк + Кк,
если Атр + Аex = 0.

При подъеме тела с поверхности Земли и действии на него только силы тяжести кинетическая энергия системы «тело – Земля» переходит в потенциальную; при свободном падении тела с высоты потенциальная энергия системы «тело – Земля» переходит в кинетическую.

Использование закона сохранения механической энергии позволяет упростить решение многих задач.

Вопросы

  1. Что такое механическая энергия системы тел? В каких единицах измеряется механическая энергия в СИ?
  2. Сформулируйте закон сохранения механической энергии.
  3. Как изменяются: а) потенциальная, б) кинетическая, в) механическая энергии системы тел «тело – Земля» при свободном падении тела на этапах «подъем» и «падение»?
  4. При каких условиях сохраняется механическая энергия системы тел?

Упражнения

  1. С крыши дома высотой h = 45 м отрывается сосулька. Определите скорость сосульки в момент приземления.
  2. Модуль скорости приземления свободно падающего вниз камня vк = 10 м/с. Найдите высоту h0, с которой падал камень, если его начальная скорость равна нулю.
  3. Найдите скорость приземления свободно падающего камня, имевшего на высоте h0 = 40 м от поверхности Земли скорость v0 = 10 м/с, направленную вертикально вверх.
  4. Шарик бросают с поверхности Земли вертикально вверх так, что |v0| = 40 м/с. На какой высоте этот шарик будет иметь скорость vк = 20 м/с?
  5. Шарик бросают с поверхности Земли вертикально вверх так, что |v0| = 40 м/с. Какую скорость будет иметь этот шарик на высоте hк = 60 м? Куда может быть направлена эта скорость?
  6. На гладком горизонтальном полу с помощью бруска массой m = 25 кг удерживают прижатую к стене легкую пружину жесткостью k = 1 МН/м. При этом пружина была сжата из недеформированного состояния на Δl = 1 см. Найдите скорость, которую приобретет брусок после его отпускания к тому моменту, когда на него перестанет действовать пружина.
  7. Сформулируйте гипотезу о том, увеличится, уменьшится или не изменится рассчитанный модуль скорости, с которой камень в задаче 1 из текста параграфа подлетит к поверхности Земли, если учитывать силу сопротивления воздуха при падении. Для обоснования ответа определите, положительную или отрицательную работу совершит над телом сила сопротивления воздуха.
  8. Выскажите гипотезу, увеличится, уменьшится или не изменится максимальная высота подъема тела, рассчитанная в задаче 2 из текста параграфа, если учитывать сопротивление воздуха движению. Для обоснования ответа определите, положительную или отрицательную работу совершит над телом сила сопротивления воздуха.

Световые величины и единицы

Световой поток — мощность светового излучения, т. е. видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Световой поток измеряется в люменах.

Например лампа накаливания (100 Вт) излучает световой поток, равный 1350 лм, а люминесцентная лампа ЛБ40 — 3200.

Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света равной одной канделе, в телесный угол, величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд·ср).

Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен люменам.

Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм2 при температуре затвердевания платины (1773° С), или 1 свеча·1 стерадиан.

Сила света — пространственная плотность светового потока, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределено излучение. Единицей силы света является кандела.

Освещенность — поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, равная отношению светового потока к величине освещаемой поверхности, по которой он равномерно распределен.

Единицей освещенности является люкс (лк), равный освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площади в 1 м2, т. е. равный 1 лм/1 м2.

Яркость — поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.

Единица яркости — кандела на квадратный метр (кд/м2).

Светимость (светность) — поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока к площади светящейся поверхности.

Единицей светимости является 1 лм/м2.

Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI)

















Наименование величины Наименование единицы Выражение
через единицы СИ (SI)
Обозначение единицы
русское между-
народное
Сила света кандела кд кд cd
Световой поток люмен кд·ср лм lm
Световая энергия люмен-секунда кд·ср·с лм·с lm·s
Освещенность люкс кд·ср/м2 лк lx
Светимость люмен на квадратный метр кд·ср/м2 лм·м2 lm/m2
Яркость кандела на квадратный метр кд/м2 кд/м2 cd/m2
Световая экспозиция люкс-секунда кд·ср·с/м2 лк·с lx·s
Энергия излучения джоуль кг·м22 Дж J
Поток излучения, мощность излучения ватт кг·м23 Вт W
Световой эквивалент потока излучения люмен на ватт



кд·ср·с3
кг·м2
лм/Вт lm/W
Поверхностная плотность потока излучения ватт на квадратный метр кг/с3 Вт/м2 W/m2
Энергетическая сила света (сила излучения) ватт на стерадиан кг·м2/(с3·ср) Вт/ср W/sr
Энергетическая яркость ватт на стерадиан-квадратный метр кг/(с3·ср) Вт/(ср·м2) W/(sr·m2)
Энергетическая освещенность (облученность) ватт на квадратный метр кг/с3 Вт/м2 W/m2
Энергетическая светимость (излучаемость) ватт на квадратный метр кг/с3 Вт/м2 W/m2

Примеры:








Тип лампы Мощность, Вт Световой
поток, лм
Примерная
сила света, кд
Свеча     1
Лампа накаливания Б235-245-100 100 1380 100
Лампа люминесцентная ЛБ 40 40 2800  
Ртутная лампа высокого давления ДРЛ 250 250 13000  
Обычный светодиод 0,015   0,001
Сверхяркий светодиод 5   3

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК»
Под общей ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др.
М.: Издательство МЭИ, 1998

Вернуться к списку

Астрономы увидели гамма-всплеск с энергией равной полной аннигиляции Солнца

Снимки, полученные системой Мини-МегаТОРТОРА

Мини-МегаТОРТОРА / КФУ

Двум российским и одному польскому проектам удалось в третий раз в истории запечатлеть возникновение оптического свечения, пришедшего вслед за мощным гамма-всплеском. Источниками этих мощнейших во Вселенной взрывов могут быть коллапсы очень массивных звезд, приводящие к образованию черных дыр. Всего в наблюдениях события GRB 160625B участвовало более десятка проектов по всему миру, в том числе три российских. По словам ученых, этот всплеск, вероятно, стал самым мощным из всех зарегистрированных событий. С полными данными наблюдений можно ознакомиться в циркуляре GCN, подробно о роли в них проекта Мини-МегаТОРТОРА рассказывает пресс-релиз Казанского федерального университета.

Гамма-всплеск был зарегистрирован космической обсерваторией «Ферми» 26 июня в 01:40:15 по московскому времени. Его примерные координаты были переданы на Землю для наблюдений в оптическом и других диапазонах. Автоматизированная система Мини-МегаТОРТОРА (ММТ) навелась на область неба, где предположительно произошел всплеск и приступила к наблюдениям уже через 52 секунды после сообщения «Ферми». 

Первое событие оказалось лишь слабым прекурсором основной вспышки. Спустя 136 секунд после наведения на источник сработала сигнальная система дополнительного инструмента на борту «Ферми» — LAT. Продолжительность гамма-всплеска составила примерно 700 секунд, за это время ММТ успела получить 20 снимков области, в которой находился источник вспышки. В частности, система успела зафиксировать пиковую оптическую яркость источника (около 9-й звездной величины) и ее быстрое угасание. Спустя 500 секунд источник пропал со снимков системы.

Анимация оптического свечения гамма-всплеска

Pi of the Sky

Параллельно с ММТ наблюдения вели еще две системы телескопов: одна на юге Испании (Pi of the Sky) и одна на Канарских островах. Последняя относится к российской сети телескопов МАСТЕР, созданной ГАИШ (МГУ им. М.В. Ломоносова). Результаты независимых наблюдений подтвердили данные астрономов КФУ. 

Через сутки после всплеска астрономы из Европейской южной обсерватории (ESO) получили спектр источника гамма-всплеска. Анализ красного смещения послесвечения указывает, на то, что свет от источника шел примерно девять миллиардов лет (z=1,41). По предварительным данным, энергия всплеска в гамма-диапазоне достигла 2,5×1054 эрг — эта величина соответствует полному превращению всей массы Солнца в чистую энергию. Кроме того, за всплеском наблюдали космическая обсерватория Swift, гамма-спектрометры «Конус» (GGS-Wind) и CALET(МКС), телескопы САО РАН, MITSuME и Тянь-Шаньской обсерватории, массивы радиотелескопов VLA и AMI, инфракрасные приборы RATIR и SMARTS.

Источник всплеска через два дня после события

САО РАН

Зафиксировать послесвечение гамма-всплеска удалось благодаря тому, что фотоны высоких энергий приходят на Землю раньше, чем фотоны видимого диапазона. Последние могут рождаться, например, на фронте взрывной волны. Другой эффект связан с тем, что фотоны высоких энергий могут быстрее распространяться в межзвездном пространстве. За миллиарды лет полета разница достигает сотен секунд. Но даже несмотря на это, в подавляющем большинстве случаев астрономы видят оптическую вспышку когда она уже идет на спад — в частности, это связано с низкой точностью определения координат рентгеновскими и гамма-телескопами. 

Первая гамма-вспышка, оптическое свечение которой удалось отследить начиная с момента зарождения, произошла в 2008 году — событие GRB080319B. По словам астрономов, настолько яркие всплески происходят редко, примерно раз в восемь лет. Так, благодаря небольшому расстоянию (z=0,937) до всплеска 2008 года, его оптическое свечение можно было несколько секунд наблюдать даже невооруженным глазом. 

Мини-МегаТОРТОРА — автоматическая система, состоящая из девяти широкоугольных телескопов, каждый из которых охватывает примерно 10×10 градусов неба. Она была разработана в Казанском федеральном университете и располагается в САО РАН. Примечательно, что наблюдения за недавним событием оказались успешными даже несмотря на сезон дождей.

Гамма-всплески — одни из самых высокоэнергетических процессов во Вселенной. Различают короткие (до двух секунд), длинные и сверхдлинные (от 10 тысяч секунд) всплески. Считается, что первые вызваны быстрыми процессами поглощения компактных объектов черными дырами и слияниями нейтронных звезд. Длинные всплески ассоциированы с коллапсирующими сверхновыми. Самые длинные события ученые связывают с коллапсом голубых сверхгигантов.

Владимир Королёв

Энергетическая безопасность | ОБСЕ

Энергетический сектор развивается, становясь более устойчивым, адаптируемым к растущему спросу на энергию и готовым к все более взаимосвязанному и цифровому миру. Хотя энергетический мир завтрашнего дня откроет множество возможностей, этот переход также создает новые проблемы, связанные с безопасностью. Электрические сети становятся все более уязвимыми для стихийных бедствий и кибератак, в то время как растущая доля возобновляемых источников энергии должна быть безопасно интегрирована, не угрожая стабильности систем.

Мандат

Участие ОБСЕ в этой области основано на нескольких решениях Совета министров, в которых выражается необходимость повышения способности государств-участников ОБСЕ решать широкий спектр энергетических проблем, от необходимости повышения устойчивости энергосетей до уменьшения воздействия на окружающую среду. энергопотребление, производство и транспорт.

Следующие решения Совета министров составляют основные рамки деятельности ОБСЕ в области энергетической безопасности:

  • Решение Совета министров о диалоге по энергетической безопасности в ОБСЕ, Брюссель, 2006 г.
  • Решение Совета министров об укреплении диалога и сотрудничества в области энергетической безопасности в регионе ОБСЕ, Афины, 2009 г.
  • Решение Совета министров о защите критически важной энергетической инфраструктуры от террористических атак, Мадрид, 2007 г.
  • Решение Совета министров о защите энергетических сетей от стихийных бедствий и техногенных катастроф, Киев, 2013 г.
  • Решение Совета министров об уменьшении воздействия энергетической деятельности на окружающую среду в регионе ОБСЕ, Киев, 2013 г.

Роль БКЭЭД

БКЭЭД тесно сотрудничает с полевыми операциями ОБСЕ, частным сектором, ведущими международными организациями и исследовательскими организациями в целях содействия диалогу и расширения возможностей государств-участников по защите своих энергетических сетей, снижению рисков и снижению воздействия на окружающую среду их деятельности, связанной с энергетикой.

БКЭЭД разрабатывает широкий спектр инструментов, включая виртуальный учебный центр по защите энергетических сетей, практическое руководство, такое как Справочник ОБСЕ по защите электрических сетей от стихийных бедствий и индивидуальные семинары, и предоставляет их в распоряжение государства-участники.

БКЭЭД проводит технико-экономические обоснования, организует ознакомительные поездки и реализует проекты, направленные на повышение осведомленности о преимуществах зеленых технологий и цифровизации, а также на продвижение устойчивой связи в регионе ОБСЕ.Кроме того, БКЭЭД способствует всестороннему диалогу между странами-производителями, потребителями и странами транзита и способствует сотрудничеству между государственным и частным секторами по вопросам энергетической безопасности.

Формы энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это запасенная энергия и энергия положения.


Химическая энергия — это энергия, хранящаяся в связях атомов и молекул. Батареи, биомасса, нефть, природный газ и уголь являются примерами химической энергии.Химическая энергия преобразуется в тепловую, когда люди сжигают дрова в камине или сжигают бензин в двигателе автомобиля.

Механическая энергия — это энергия, запасенная в объектах за счет напряжения. Сжатые пружины и растянутые резиновые ленты являются примерами сохраненной механической энергии.

Ядерная энергия — это энергия, запасенная в ядре атома, то есть энергия, которая удерживает ядро ​​вместе. Когда ядра объединяются или расщепляются, может выделяться большое количество энергии.

Гравитационная энергия — это энергия, запасенная в высоте объекта. Чем выше и тяжелее объект, тем больше гравитационной энергии сохраняется. Когда человек едет на велосипеде с крутого холма и набирает скорость, гравитационная энергия превращается в энергию движения. Гидроэнергетика — еще один пример гравитационной энергии, когда гравитация заставляет воду спускаться через гидроэлектрическую турбину для производства электроэнергии.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это движение волн, электронов, атомов, молекул, веществ и объектов.


Лучистая энергия — это электромагнитная энергия, которая распространяется поперечными волнами. Лучистая энергия включает видимый свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и радиоволны. Свет — это один из видов лучистой энергии. Солнечный свет — это лучистая энергия, которая обеспечивает топливо и тепло, которые делают возможной жизнь на Земле.

Тепловая энергия , или тепло, — это энергия, возникающая при движении атомов и молекул в веществе. Тепло увеличивается, когда эти частицы движутся быстрее.Геотермальная энергия — это тепловая энергия земли.

Энергия движения — это энергия, запасенная при движении объектов. Чем быстрее они двигаются, тем больше энергии сохраняется. Чтобы заставить объект двигаться, требуется энергия, и энергия высвобождается, когда объект замедляется. Ветер — пример энергии движения. Ярким примером энергии движения является автокатастрофа — автомобиль полностью останавливается и высвобождает всю свою энергию движения сразу в неконтролируемый момент.

Звук — это движение энергии через вещества в продольных (сжатие / разрежение) волнах.Звук возникает, когда сила заставляет объект или вещество вибрировать. Энергия передается через вещество волнообразно. Обычно энергия звука меньше, чем в других формах энергии.

Электрическая энергия доставляется крошечными заряженными частицами, называемыми электронами, обычно движущимися по проводу. Молния — это пример электрической энергии в природе.

Источники энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Большая часть нашей энергии невозобновляема

В США и многих других странах большинство источников энергии для выполнения работы — это невозобновляемые источники энергии:

Эти источники энергии называются невозобновляемыми, потому что их запасы ограничены объемами, которые мы можем добыть или извлечь из земли.Уголь, природный газ и нефть образовывались на протяжении тысяч лет из захороненных останков древних морских растений и животных, которые жили миллионы лет назад. Вот почему мы также называем эти источники энергии ископаемым топливом .

Большинство нефтепродуктов, потребляемых в Соединенных Штатах, производится из сырой нефти, но жидкие углеводороды также могут быть получены из природного газа и угля.

Ядерная энергия производится из урана, невозобновляемого источника энергии, атомы которого расщепляются (посредством процесса, называемого ядерным делением) для получения тепла и, в конечном итоге, электричества.Ученые считают, что уран был создан миллиарды лет назад, когда образовались звезды. Уран находится повсюду в земной коре, но добывать его и перерабатывать в топливо для атомных электростанций слишком сложно или слишком дорого.

Есть пять основных возобновляемых источников энергии

Основными видами или источниками возобновляемой энергии являются:

Их называют возобновляемыми источниками энергии, потому что они восполняются естественным образом. День за днем ​​светит солнце, растут растения, дует ветер, текут реки.

Возобновляемая энергия была основным источником энергии на протяжении большей части истории человечества

На протяжении большей части истории человечества биомасса растений была основным источником энергии, которую сжигали для получения тепла и корма животных, используемых для транспортировки и вспашки. Невозобновляемые источники начали заменять большую часть возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах в начале 1800-х годов, а к началу 1900-х годов ископаемое топливо было основным источником энергии. Использование биомассы для отопления домов оставалось источником энергии, но в основном в сельской местности и для дополнительного отопления в городских районах.В середине 1980-х годов использование биомассы и других форм возобновляемой энергии начало расти в основном из-за стимулов к их использованию, особенно для производства электроэнергии. Многие страны работают над увеличением использования возобновляемых источников энергии, чтобы сократить и избежать выбросов углекислого газа.

Узнайте больше об истории использования энергии в США и сроках использования источников энергии.

На приведенной ниже диаграмме показаны источники энергии в США, их основные виды использования и их процентные доли от общего количества U.С. Энергопотребление в 2020 г.

Скачать изображение

Энергопотребление в США по источникам, 2020 г. потребление энергии с разбивкой по источникам, 2020 г. биомасса возобновляемое отопление, электричество, транспорт 4,9% гидроэнергия возобновляемая электроэнергия 2,8% ветровая возобновляемая электроэнергия 3,2% солнечная возобновляемая энергия отопление, электричество 1,3% геотермальная возобновляемая энергия отопление, электроэнергия 0,2% бензин возобновляемая энергия транспорт, производство, электроэнергия 34,7% природный газ невозобновляемое отопление, производство электроэнергии 33, производство9% уголь невозобновляемая электроэнергия, производство 9,9% ядерная (из урана) невозобновляемая электроэнергия 8,9% Небольшое количество источников, не включенных выше, — это чистый импорт электроэнергии и угольный кокс. Сумма отдельных процентов может не равняться 100% из-за независимого округления. Управление энергетической информации США, Ежемесячный обзор энергетики, таблица 1.3, апрель 2021 г., предварительные данные

Последнее обновление: 7 мая 2021 г.

энергии | Определение, типы и примеры

Узнайте, как энергия перемещается между тепловыми, химическими, механическими и другими формами

Как энергия может переходить из одной формы в другую.Представленные примеры включают лампочку, двигатель автомобиля и фотосинтез растений.

Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео к этой статье

Энергия , в физике, способность выполнять работу. Он может существовать в потенциальной, кинетической, термической, электрической, химической, ядерной или других различных формах. Кроме того, существуют тепло и работа, то есть энергия в процессе передачи от одного тела к другому. После передачи энергия всегда обозначается в соответствии с ее природой.Следовательно, передаваемое тепло может превращаться в тепловую энергию, а выполненная работа может проявляться в форме механической энергии.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Все формы энергии связаны с движением. Например, любое тело обладает кинетической энергией, если оно находится в движении. Натянутое устройство, такое как лук или пружина, хотя и находится в состоянии покоя, может создавать движение; он содержит потенциальную энергию из-за своей конфигурации. Точно так же ядерная энергия — это потенциальная энергия, потому что она возникает из конфигурации субатомных частиц в ядре атома.

Посмотрите, как маятник в шине демонстрирует закон сохранения энергии.

Объяснение принципа сохранения энергии.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео к этой статье

Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую. Этот принцип известен как закон сохранения энергии или первый закон термодинамики. Например, когда ящик скользит вниз по склону, потенциальная энергия, которую ящик имеет от того, что он расположен высоко на склоне, преобразуется в кинетическую энергию, энергию движения. Когда ящик замедляется до остановки из-за трения, кинетическая энергия движения коробки преобразуется в тепловую энергию, которая нагревает коробку и наклон.

Энергия может быть преобразована из одной формы в другую различными другими способами. Используемая механическая или электрическая энергия, например, вырабатывается многими видами устройств, включая тепловые двигатели, работающие на топливе, генераторы, батареи, топливные элементы и магнитогидродинамические системы.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

В Международной системе единиц (СИ) энергия измеряется в джоулях. Один джоуль равен работе, совершаемой силой в один ньютон, действующей на расстоянии одного метра.

Энергия рассматривается в ряде статей. Для развития концепции энергии и принципа сохранения энергии, см. принципы физической науки; механика; термодинамика; и сохранение энергии. Что касается основных источников энергии и механизмов, с помощью которых происходит переход энергии из одной формы в другую, см. Уголь ; солнечная энергия; ветровая энергия; ядерное деление; горючие сланцы; нефть; электромагнетизм; и преобразование энергии.

солнечная энергия | Описание, использование и факты

Солнечная энергия , излучение Солнца, способное выделять тепло, вызывать химические реакции или генерировать электричество.Общее количество солнечной энергии, падающей на Землю, значительно превышает текущие и ожидаемые мировые потребности в энергии. При надлежащем использовании этот сильно рассеянный источник может удовлетворить все будущие потребности в энергии. Ожидается, что в 21 веке солнечная энергия будет становиться все более привлекательной в качестве возобновляемого источника энергии из-за ее неисчерпаемых запасов и экологически чистого характера, в отличие от угля, нефти и природного газа с ограниченным количеством ископаемых видов топлива.

солнечные панели

Солнечные панели на крыше.

© flucas / Fotolia

Британика исследует

Список дел Земли

Действия человека вызвали обширный каскад экологических проблем, которые теперь угрожают продолжающейся способности как естественных, так и человеческих систем процветать.Решение критических экологических проблем глобального потепления, нехватки воды, загрязнения и утраты биоразнообразия, возможно, является величайшей задачей 21 века. Мы встанем им навстречу?

Солнце — чрезвычайно мощный источник энергии, а солнечный свет на сегодняшний день является крупнейшим источником энергии, получаемой Землей, но его интенсивность на поверхности Земли на самом деле довольно мала. Это в основном из-за огромного радиального распространения излучения далекого Солнца.Относительно незначительные дополнительные потери происходят из-за атмосферы и облаков Земли, которые поглощают или рассеивают до 54 процентов падающего солнечного света. Солнечный свет, достигающий земли, состоит почти на 50 процентов из видимого света, на 45 процентов из инфракрасного излучения и меньшего количества ультрафиолетового и других форм электромагнитного излучения.

солнечная энергия

Отражение и поглощение солнечной энергии. Хотя часть поступающего солнечного света отражается атмосферой и поверхностью Земли, большая часть поглощается поверхностью, которая нагревается.

© Merriam-Webster Inc.

Потенциал солнечной энергии огромен, так как Земля ежедневно получает в виде солнечной энергии примерно в 200 000 раз больше общей дневной производственной мощности мира. К сожалению, хотя сама солнечная энергия бесплатна, высокая стоимость ее сбора, преобразования и хранения по-прежнему ограничивает ее использование во многих местах. Солнечное излучение может быть преобразовано либо в тепловую энергию (тепло), либо в электрическую, хотя первое легче осуществить.

Тепловая энергия

Среди наиболее распространенных устройств, используемых для улавливания солнечной энергии и преобразования ее в тепловую энергию, являются плоские коллекторы, которые используются для солнечного отопления. Поскольку интенсивность солнечной радиации на поверхности Земли настолько мала, эти коллекторы должны быть большими по площади. Например, даже в солнечных частях мира с умеренным климатом коллектор должен иметь площадь около 40 квадратных метров (430 квадратных футов), чтобы собрать достаточно энергии для удовлетворения энергетических потребностей одного человека.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Наиболее широко используемые плоские коллекторы состоят из почерневшей металлической пластины, покрытой одним или двумя листами стекла, которые нагреваются падающим на нее солнечным светом. Затем это тепло передается воздуху или воде, называемым жидкостями-носителями, которые проходят через заднюю часть пластины. Тепло может быть использовано напрямую или может быть передано другому носителю для хранения. Плоские коллекторы обычно используются для солнечных водонагревателей и отопления дома.Хранение тепла для использования ночью или в пасмурные дни обычно достигается за счет использования изолированных резервуаров для хранения воды, нагретой в солнечные периоды. Такая система может снабжать дом горячей водой, забираемой из резервуара для хранения, или, когда нагретая вода течет по трубам в полах и потолках, она может обеспечивать обогрев помещения. Плоские коллекторы обычно нагревают жидкости до температур от 66 до 93 ° C (от 150 до 200 ° F). КПД таких коллекторов (то есть доля полученной энергии, которую они преобразуют в полезную энергию) составляет от 20 до 80 процентов, в зависимости от конструкции коллектора.

солнечное отопление

Крыша здания с плоскими коллекторами, улавливающими солнечную энергию для нагрева воздуха или воды.

Алан Мак

Другой метод преобразования тепловой энергии используется в солнечных прудах, которые представляют собой водоемы с соленой водой, предназначенные для сбора и хранения солнечной энергии. Тепло, извлекаемое из таких водоемов, позволяет производить химикаты, продукты питания, текстиль и другие промышленные продукты, а также может использоваться для обогрева теплиц, бассейнов и животноводческих помещений.Солнечные пруды иногда используются для производства электроэнергии за счет использования двигателя с органическим циклом Ренкина, относительно эффективного и экономичного средства преобразования солнечной энергии, что особенно полезно в удаленных местах. Солнечные пруды довольно дороги в установке и обслуживании и обычно используются только в теплых сельских районах.

В меньших масштабах энергия Солнца может также использоваться для приготовления пищи в специально разработанных солнечных печах. Солнечные печи обычно концентрируют солнечный свет с большой площади в центральной точке, где сосуд с черной поверхностью преобразует солнечный свет в тепло.Печи, как правило, переносные и не требуют других топливных ресурсов.

Кухонная плита на солнечной энергии

Кухонная плита на солнечной энергии во дворце Потала, Лхаса, Тибет.

© Елена Слепицкая / Dreamstime.com

потенциальная энергия | Определение, примеры и факты

Изучите, как вода, сдерживаемая египетской Асуанской плотиной, превращает турбины в выработку электроэнергии

Узнайте о том, как потенциальная энергия и кинетическая энергия используются для производства электроэнергии через такие объекты, как Асуанская высокая плотина.

Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео по этой статье

Потенциальная энергия , запасенная энергия, которая зависит от относительного положения различных частей системы. Пружина имеет больше потенциальной энергии, когда она сжимается или растягивается. У стального шара больше потенциальной энергии, поднятого над землей, чем после падения на Землю. В поднятом положении он способен выполнять больше работы. Потенциальная энергия — это свойство системы, а не отдельного тела или частицы; система, состоящая из Земли и поднятого шара, например, имеет больше потенциальной энергии, поскольку они находятся дальше друг от друга.

Британская викторина

27 правильных или ложных вопросов из самых сложных викторин «Британника»

Что вы знаете о Марсе? Как насчет энергии? Думаете, будет проще, если вам придется выбирать только истину или ложь? Узнайте, что вы знаете о науке, с помощью этой сложной викторины.

Потенциальная энергия возникает в системах с частями, которые оказывают друг на друга силы, величина которых зависит от конфигурации или относительного положения частей.В случае системы Земля-шар сила тяжести между ними зависит только от расстояния, разделяющего их. Работа, проделанная по их дальнейшему разделению или по поднятию мяча, передает дополнительную энергию системе, где она сохраняется в виде гравитационной потенциальной энергии.

потенциальная и кинетическая энергия

Потенциальная энергия — это запасенная энергия, тогда как кинетическая энергия — это энергия движущихся объектов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Потенциальная энергия также включает другие формы.Энергия, хранящаяся между пластинами заряженного конденсатора, представляет собой электрическую потенциальную энергию. То, что обычно известно как химическая энергия, способность вещества выполнять работу или выделять тепло, претерпевая изменение состава, может рассматриваться как потенциальная энергия, возникающая в результате взаимных сил между его молекулами и атомами. Ядерная энергия также является формой потенциальной энергии.

Потенциальная энергия системы частиц зависит только от их начальной и конечной конфигурации; он не зависит от пути, по которому движутся частицы.В случае стального шара и Земли, если исходное положение мяча находится на уровне земли, а конечное положение — на высоте 10 футов над землей, потенциальная энергия одинакова, независимо от того, как и каким путем мяч был поднят. Значение потенциальной энергии произвольно и зависит от выбора точки отсчета. В приведенном выше случае система имела бы вдвое больше потенциальной энергии, если бы исходное положение находилось на дне ямы глубиной 10 футов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Гравитационная потенциальная энергия у поверхности Земли может быть вычислена путем умножения веса объекта на его расстояние над контрольной точкой. В связанных системах, таких как атомы, в которых электроны удерживаются электрической силой притяжения к ядрам, нулевой ориентир для потенциальной энергии находится на таком большом расстоянии от ядра, что электрическая сила не обнаруживается. В этом случае связанные электроны имеют отрицательную потенциальную энергию, а те, что находятся очень далеко, имеют нулевую потенциальную энергию.

Потенциальная энергия может быть преобразована в энергию движения, называемую кинетической энергией, и, в свою очередь, в другие формы, такие как электрическая энергия. Таким образом, вода за плотиной течет на более низкие уровни через турбины, которые вращают электрические генераторы, производя электрическую энергию плюс некоторая непригодная для использования тепловая энергия, возникающая в результате турбулентности и трения.

Исторически, потенциальная энергия включалась в кинетическую энергию как форму механической энергии, так что полную энергию в гравитационных системах можно было рассчитать как константу.

атомная энергия | Определение, источники, использование и факты

Ядерная энергия , также называемая атомной энергией , энергия, которая выделяется в значительных количествах в процессах, которые влияют на атомные ядра, плотные ядра атомов. Она отличается от энергии других атомных явлений, таких как обычные химические реакции, в которых участвуют только орбитальные электроны атомов. Один из методов высвобождения ядерной энергии — это контролируемое ядерное деление в устройствах, называемых реакторами, которые в настоящее время работают во многих частях мира для производства электроэнергии.Другой метод получения ядерной энергии, управляемый ядерный синтез, является многообещающим, но не был доведен до совершенства к 2020 году. Ядерная энергия была высвобождена взрывным способом за счет как ядерного синтеза, так и ядерного деления. См. Также ядерная энергетика.

ядерное деление и ядерный синтез

Диаграмма, показывающая разницу между ядерным делением и ядерным синтезом. Ядерное деление используется в ядерных реакторах для производства энергии для производства электроэнергии и аналогичных приложений. Он также использовался для создания атомной бомбы.Термоядерный синтез используется для создания термоядерного оружия и перспективен для производства электроэнергии.

© Merriam-Webster Inc.

Подробнее по этой теме

атом: ядерная энергия

Почти невозможно жить в любое время с середины 20 века и не осознавать, что энергия может быть получена из атома …

При делении ядра ядро ​​атома, например урана или плутония.распадается на два более легких ядра примерно равной массы. В некоторых случаях процесс может происходить спонтанно или может быть вызван возбуждением ядра различными частицами (например, нейтронами, протонами, дейтронами или альфа-частицами) или электромагнитным излучением в форме гамма-лучей. В процессе деления выделяется большое количество энергии, образуются радиоактивные продукты и испускается несколько нейтронов. Эти нейтроны могут вызвать деление в соседнем ядре делящегося материала и высвободить больше нейтронов, которые могут повторять последовательность, вызывая цепную реакцию, в которой большое количество ядер подвергается делению и выделяется огромное количество энергии.Если управлять такой цепной реакцией в ядерном реакторе, она может дать энергию на благо общества. Если его не контролировать, как в случае с так называемой атомной бомбой, он может привести к взрыву огромной разрушительной силы.

атомная электростанция

Тяньваньская атомная электростанция, использующая реакторы с водой под давлением, в Ляньюньгане, провинция Цзянсу, Китай.

© Craig Hanson / Shutterstock.com

Ядерный синтез — это процесс, при котором ядерные реакции между легкими элементами образуют более тяжелые элементы.В случаях, когда взаимодействующие ядра принадлежат элементам с низкими атомными номерами (например, водород [атомный номер 1] или его изотопы дейтерий и тритий), выделяется значительное количество энергии. Огромный энергетический потенциал ядерного синтеза был впервые использован в термоядерном оружии или водородных бомбах, которые были разработаны в десятилетие сразу после Второй мировой войны. Возможные мирные применения ядерного синтеза, особенно с учетом практически неограниченных запасов термоядерного топлива на Земле, побудили приложить огромные усилия, чтобы использовать этот процесс для производства энергии.Хотя практические термоядерные реакторы еще не построены, необходимые условия температуры плазмы и теплоизоляции в основном достигнуты, что позволяет предположить, что термоядерная энергия для производства электроэнергии в настоящее время является серьезной возможностью. Коммерческие термоядерные реакторы обещают стать неисчерпаемым источником электроэнергии для стран всего мира.

The Editors of Encyclopaedia Britannica Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Мелиссой Петруццелло, помощником редактора.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.