Съдържание
Един от основните закони на Вселената е, че енергията не е нито създадена, нито унищожена - тя само променя формите. Следователно съществуват много формули за енергия. За да се разбере как тези формули са изрази на едно и също нещо, важно е първо да разберем какво означават физиците, когато говорят за енергия. Неговото понятие се корени в концепциите на класическата физика, изяснени от сър Айзък Нютон.
Формулата за енергията на движение е KE = .5 × m × v2 където KE е кинетична енергия в джоули, m е маса в килограми, а v е скорост в метри в секунда.
Сила и работа
Нютоните три закона за движение формират основата на класическата физика. Първият закон определя силата като тази, която причинява движение, а вторият закон свързва силата, действаща върху даден обект, с ускорението, което претърпява. Ако сила (F) ускори тяло на разстояние (d), тя върши количество работа (W), равна на силата, умножена по разстоянието, кратно на коефициент, който отчита ъгъла между тях (θ, гръцката буква theta ). Като математически израз това означава W = F × d × (cos (θ)). Метричните единици за сила са нютони, тези за разстояние са метри, а тези за работа са нютон-метри или джоули. Енергията е способността за работа и се изразява също в джаули.
Кинетична и потенциална енергия
Обект в движение притежава енергията си на движение, която е еквивалентна на работата, която би била необходима, за да го приведе в покой. Това се нарича неговата кинетична енергия и зависи от квадрата на скоростта на обектите (v), както и от половината от масата му (m). Математически това се изразява като E (k) = (.5) × m × v2, Предмет в покой в гравитационното поле на Земята притежава потенциална енергия благодарение на височината си; ако падна свободно, тя би спечелила кинетична енергия, равна на тази потенциална енергия. Потенциалната енергия зависи от масата на обектите, нейната височина (h) и ускорението поради гравитацията (g). Математически това е E (p) = m • h • g.
Електрическа енергия
Изчисляването на енергията в електрическите системи зависи от количеството ток, преминаващ през проводник (I) в ампери, както и от електрическия потенциал или напрежение (V), задвижващ тока, във волта. Умножаването на тези два параметъра дава мощността на електричеството (P) във ватове, а умножаването на P по времето, през което електричеството тече (t) в секунди, дава количеството електрическа енергия в системата, в джаули. Математическият израз за електрическа енергия в проводяща верига е E (e) = P × t = V × I × t. Според тази връзка, оставянето на 100-ватова електрическа крушка, която гори една минута, изразходва 6000 джаула енергия. Това е еквивалентно на количеството кинетична енергия, което би имала 1-килограмова скала, ако я изпуснете от височина 612 метра (игнорирайки триенето на въздуха).
Някои други форми на енергия
Светлината, която виждаме, е електромагнитно явление, което има енергия благодарение на вибрациите на пакети вълни, наречени фотони. Германският физик Макс Планк определи, че енергията на един фотон е пропорционална на честотата (f), с която той вибрира, и той изчисли константата на пропорционалност (h), която се нарича константа на Планк в негова чест. Следователно изразът за енергията на фотона е E (p) = h × f. Според Теорията на относителността на Алберт Айнщайн всяка частица от материята има присъща потенциална енергия, пропорционална на масата на частиците и квадрата на скоростта на светлината (с). Съответният израз е E (m) = m × c2, Изчисленията на Айнщайн се потвърждават от развитието на атомната бомба.