전통문화대전망 - 전통 미덕 - 물리학의 에너지는 도대체 무엇입니까?
물리학의 에너지는 도대체 무엇입니까?
물질의 다양한 운동 형태에 해당하며, 일정한 방식으로 서로 전환될 수 있는 다양한 형태의 에너지가 있다.
기계 운동에서 물체 또는 시스템 전체로 표현되는 기계 에너지 (예: 운동 에너지, 전위 에너지, 음향 에너지 등). 열 현상에서, 그것은 시스템의 내부 에너지이며, 시스템의 각 분자가 불규칙하게 움직이는 운동 에너지, 분자간 상호 작용의 잠재적 에너지, 원자와 원자핵의 에너지의 합이지만, 전체 시스템의 기계적 에너지는 포함되지 않는다. 열운동에너지 (열에너지) 의 경우, 사람들은 그것과 기계 에너지 사이의 상호 전환을 통해 알게 된다 (열역학 제 1 법칙 참조).
공간 속성은 물질 운동의 광범위한 표현이다. 시간 속성은 물질 운동의 지속적인 징후입니다. 중력 성질은 운동 중 질량 분포가 고르지 않아 발생하는 상호 작용의 구현이다. 전자기 성질은 하전 입자가 운동 변화 과정에서 외적인 표현이다. 물질의 운동 형태는 다양하다. 각각의 구체적인 물질 운동 형태마다 상응하는 에너지 형식이 있다.
거시적 물체의 기계적 운동에 해당하는 에너지 형태는 운동 에너지이다. 분자 운동에 해당하는 에너지 형태는 열이다. 원자 운동에 해당하는 에너지 형태는 화학 에너지이다. 하전 된 입자의 방향 운동에 해당하는 에너지 형태는 전기입니다. 광자 운동에 해당하는 에너지 형태는 빛 에너지 등이다. 이 외에도 풍력, 조석 에너지 등이 있습니다. 운동 형식이 같을 때, 물체의 운동 특성은 약간의 물리량이나 화학량으로 묘사할 수 있다. 물체의 기계 운동은 속도, 가속도, 운동량과 같은 물리량으로 묘사할 수 있다. 전류는 전류 강도, 전압, 전력 등 물리적 양으로 설명할 수 있다. 그러나 운동 형식이 다르면 물질 운동 특징을 묘사하고 비교할 수 있는 유일한 물리량은 에너지다. 이는 모든 운동 물질의 공통된 특징이다.
따라서 에너지는 다음과 같이 정의할 수 있습니다.
고대 그리스어에서 에너지는' 활동과 운행' 을 의미하며, 간접적으로 관찰된 물리량으로, 하나의 물리적 시스템이 다른 물리적 시스템에 대해 일을 할 수 있는 능력으로 여겨진다. 작업은 힘의 방향으로 힘 변위의 공간 누적 효과로 정의됩니다. 이는 힘과 힘의 방향으로 전달되는 변위의 곱과 같습니다.
한 물체에 포함된 총 에너지는 그것의 총 질량에 기반을 두고 있으며, 에너지와 질량은 같다. 허공에서 생성되지도 않고, 허공에서 소멸되지도 않는다. (알버트 아인슈타인, 에너지명언) 에너지는 질량과 마찬가지로 스칼라입니다. 국제 단위계에서 에너지의 단위는 줄 (joule) 이지만, 때로는 킬로와트-시간, 킬로카 (kwh) 와 같은 다른 단위도 사용합니다. 에너지는 모든 물질 운동의 척도를 측정하는 통일된 척도이다.
시스템 A 는 단순한 물질 전달을 통해 시스템 B 에 에너지를 전달할 수 있습니다 (물질의 질량은 에너지와 같기 때문). 에너지가 물질을 통해 이동하는 것이 아니라 다른 방법으로 이동하는 경우 시스템 B 가 변경됩니다. 시스템 A 가 시스템 B 에 실제로 작용하기 때문입니다. 작동의 효과는 힘이 일정한 거리에서 작용하는 것과 같습니다. 예를 들어, 시스템 A 는 시스템 B 에 전자기 방사선을 방사하여 시스템 B 에서 복사 에너지를 흡수하는 입자가 열 운동을 일으키도록 할 수 있습니다. 하나의 시스템도 충돌을 통해 에너지를 전달할 수 있다. 이 경우 충돌하는 물체는 일정 거리 내에서 힘을 받아 운동의 에너지를 얻는 것을 운동 에너지라고 한다. 열 에너지 전달은 두 가지 방법으로 발생할 수 있습니다. 즉, 열은 복사 에너지로 전달되거나 시스템 간 입자 충돌에서 운동 에너지로 직접 변환될 수 있습니다.
에너지는 한 시스템에 저장할 수 있으며 물질, 운동 에너지 또는 전자기 에너지로 표현되지 않습니다. 입자가 상호 작용하는 필드에서 일정 거리 (이동하기 위해 외부 힘이 필요함) 를 이동하면 입자가 이 필드에서 새 위치로 이동하는 데 필요한 에너지가 저장됩니다. 물론 입자는 외부 힘에 의해 새 위치에 유지되어야 합니다. 그렇지 않으면 입자가 있는 필드가 입자를 원래 상태로 밀거나 당깁니다. 힘 필드에서 입자의 위치를 변경하여 저장되는 이 에너지를 포텐셜 에너지라고 합니다. 간단한 예를 들어 중력장에서 물체를 일정한 높이로 들어 올리는 데 필요한 공이 바로 포텐셜 에너지이다.
어떤 형태의 에너지라도 다른 형태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 한 물체가 한 힘장에서 다른 위치로 자유롭게 움직일 때, 힘은 운동에너지로 변환될 수 있다. 에너지가 비 열 형태로 존재할 때, 전기 또는 새로운 물질 입자의 생성을 포함하여 다른 종류의 에너지로 효율적이고 완벽하게 변환 될 수 있습니다. 하지만 열에너지라면 열역학 제 2 법칙에서 설명한 바와 같이 다른 형식으로 변환할 때 변환 효율성에 한계가 있습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 열명언)
전체 시스템의 에너지가 시스템 간에 에너지를 전송하기 때문에 모든 에너지 변환 과정에서 전체 에너지는 변경되지 않습니다. 한 시스템이 에너지를 잃으면, 다른 시스템은 반드시 잃어버린 에너지를 얻어 득실 균형을 이루므로 총 에너지는 변하지 않는다. 이 에너지 보존 법칙은 19 세기 초에 제시되어 어떤 고립된 시스템에도 적용된다. 노트 정리에 따르면, 에너지 보존은 자연의 결과이다. 물리 법칙은 시간에 따라 변하지 않기 때문이다.
한 시스템의 총 에너지는 시간에 따라 변하지 않지만 그 에너지 값은 참조 시스템에 따라 다를 수 있습니다. 예를 들어, 비행기에 앉아 있는 승객들은 비행기에 비해 운동 에너지가 0 이다. 그러나 지구에 비해 운동 에너지는 0 이 아니며 단일 운동량의 지구와 비교할 수 없습니다.
에너지는 물리학의 기본 개념 중 하나이다. 고전 역학에서 상대성 이론, 양자역학, 우주론에 이르기까지 에너지는 항상 핵심 개념이다.
통속적인 말이나 코프책으로 볼 때, 에너지는 석방되거나 획득할 수 있는 시스템으로, 일정한 공을 하는 것과 맞먹는다. (존 F. 케네디, 공부명언) 예를 들어 1 kg 휘발유에는 12 kWh 의 에너지가 들어 있습니다. 즉 1 kg 휘발유의 화학에너지를 모두 방출하면 12KWh 의 기능을 할 수 있습니다.
에너지는 물리학에서 시스템이나 과정을 설명하는 물리량이다. 시스템의 에너지는 0 에너지 상태에서 시스템의 현재 상태로 전환되는 작업의 합계로 정의할 수 있습니다. 한 시스템에 얼마나 많은 에너지가 있는지 물리학적으로는 확실한 값이 아니라 시스템에 대한 설명에 따라 변한다. (존 F. 케네디, 에너지명언) 인간의 생명활동 과정에서 모든 생명활동에는 물질대사의 합성반응, 근육수축, 분비선 분비 등과 같은 에너지가 필요하다. 이 에너지는 주로 음식에서 나온다. 동식물 식품에 들어 있는 영양소는 탄수화물, 지질, 단백질, 미네랄, 비타민의 다섯 가지 주요 범주로 나눌 수 있으며, 물은 6 가지 주요 범주이다. 그 중 탄수화물, 지방, 단백질은 체내 산화를 통해 에너지를 방출할 수 있다. 이 세 가지를 총칭하여 "생산성 영양소" 또는 "열원 물질" 이라고 부른다.
에너지 보존 법칙은 에너지가 허공에서 생성되거나 사라지지 않고 한 형태에서 다른 형태로 만 변환 될 수 있으며 총 에너지 양은 변하지 않는다는 것을 보여줍니다. 에너지는 스칼라가 아니라 벡터이고 방향이 없다. 정물질과 반물질은 질량이 양수가 아니라 원자핵의 전기성이 반대이며 질량이 만난 후 에너지로 변한다. 어떤 운동이든 에너지가 필요하다. 에너지는 빛 에너지, 음향 에너지, 열 에너지, 전기 에너지, 기계 에너지, 화학 에너지, 원자력 등 여러 가지 형태가 있다. 예를 들어 질량이 1Kg 인 고체의 에너지를 관찰합니다.
고전 역학에서, 그것의 에너지는 정지 가속에서 기존 속도까지 하는 일의 합이다.
고전 열역학에서 그 에너지는 절대 영도에서 기존 온도를 가열하는 작업의 합이다.
물리 화학에서, 그것의 에너지는 이 고체를 합성할 때 원료에 첨가한 작업의 합이다.
원자물리학에서, 그것의 에너지는 원자력이 0 상태에서 현재 상태까지 하는 일의 합이다.
이 고체에 포함된 에너지도 반대 방식으로 정의할 수 있다. 두 가지 예를 들어 보겠습니다.
고체의 내부 에너지는 그것을 절대 영도로 냉각시켜 방출되는 작업의 합이다.
고체의 원자력은 핵분열이나 융합반응에서 방출되어 반응산물로 변환되는 조합에너지의 운동에너지이다.
에너지는 일반적이고 기본적인 물리적 개념이지만 추상적인 물리적 개념이기도 하다. 사실 물리학자들은 19 세기 중엽에 이르러서야 에너지의 개념을 진정으로 이해했고, 그 이전에는 힘, 운동량 등의 개념과 혼동을 자주 했다.
많은 에너지가 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
화학에너지
물질이 화학변화 (화학반응) 를 겪을 때 방출되거나 흡수되는 에너지. 예를 들어 건전지, 축전지의 방전은 화학에너지를 전기로 바꾸는 것이다. 배터리를 충전하는 것은 전기를 화학에너지로 바꾸는 것이다. 그 본질은 원자 외층 전자의 변화에 의해 방출되는 에너지로, 전자결합 에너지의 변화를 초래한다. 포지티브 및 네거티브 전자 쌍은 광자로 인멸되어 전자의 정적 에너지가 광자의 에너지로 전환된다는 것을 의미합니다.
열에너지
물질 중 원자와 분자 열 운동의 운동 에너지는 온도가 높을수록 물질에 함유된 열에너지가 커진다. 열기는 열을 운동 에너지로 바꾸는 팽창한 증기이다.
전기 에너지
전기의 작용으로, 양수와 마이너스 전하 사이의 세력은 전기장의 강도로 나타낼 수 있다. 진공의 전력 밀도 (단위 볼륨당 전력) 는 전기장 에너지 밀도 W = E2/2 입니다. 미디어의 전력 밀도 w = e d/2 입니다. 여기서 D 는 전위이동 벡터이고 E 는 전기장 강도입니다. 전기 에너지 추출은 전기 에너지를 전기 입자로 변환하는 운동 에너지 (예: 도체의 전류 또는 가속기의 전기 입자 빔) 입니다. 자기에너지는 자장 에너지, 자기에너지 밀도 w = h b/2 입니다. 여기서 H 는 자장 강도, B 는 자기감지 강도입니다. 전력 밀도와 자기 에너지 밀도의 합은 전자기 에너지 밀도 (전자기장 에너지 밀도) w = (e d+h b)/2 입니다.
복사에너지
빛과 전자파의 에너지 (광자 에너지) 를 나타냅니다.
핵에너지
핵에서의 핵의 결합 에너지는 원자의 분열이나 융합 반응에서 반응 생성물의 운동 에너지로 방출될 수 있다. 협의상대성론에 따르면 물체의 질량 M 과 에너지 E 사이에는 질능관계가 있다. E = M ㎡2 (진공중의 광속). 따라서 물체가 정지될 때도 에너지가 있다. 물질의 에너지와 질량은 밀접하게 연관되어 있다. 원자핵의 질량은 원자핵을 구성하는 총질량보다 작다. 즉, 자유원자핵이 하나의 원자핵으로 결합될 때, 원자핵의 결합에너지라고 하는 에너지를 방출한다. 결합에너지 (한 원자핵 중 각 핵의 평균 결합에너지) 낮은 중핵분열은 결합에너지 높은 경핵을 형성하거나, 몇 가지 결합에너지 낮은 경핵을 결합시켜 결합에너지 높은 중핵을 형성하고, 방출되는 에너지는 원자력이다.