Закон сохранения энергии в механических процессах

БОУ ОО СПО «Орловский технический колледж»

 

 

РЕФЕРАТ

По физике

На тему:

Энергия. Виды энергии.

 

Выполнил: студент 1 курса

Группы 13-а Матвеев К.В.

Проверил: преподаватель

Физики Гнеушев Е.А.

Содержание:

1.Определение энергии;

2.Виды энергии;

3.Закон сохранения энергии в механических процессах;

4.Источники энергии;

5.Потребление энергии;

6.Вывод;

7.Список используемой литературы и сайтов.

 

Определения энергии.

Существует много определений энергии. Рассмотрим некоторые из них:

Энергия– общая мера различных форм движения материи, рассматриваемых в физике.

Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся мерой способности тела (или системы тел) осуществить работу вследствие изменения своего состояния.

Энергия – это то, что необходимо для движения и роста.

Энергия - скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Энергия- это способность совершать работу.

Энергия - количественная мера различных форм движения материи.

Энергия - физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел).

Все эти определения в той или иной степени верны.

Термин «энергия» впервые появился в работах Аристотеля

Лейбниц в своих трактатах 1686 и 1695 годов ввёл понятие «живой силы», которую он определил как произведение массы объекта и квадрата его скорости (в современной терминологии — кинетическая энергия, только удвоенная).

Маркиза Эмили дю Шатле в книге «Учебник физики» объединила идею Лейбница с практическими наблюдениями Виллема Гравезанда.

В 1807 году Томас Юнг первым использовал термин «энергия» в современном смысле этого слова взамен понятия живая сила. Гаспар-Гюстав Кориолис раскрыл связь между работой и кинетической энергией в 1829 году. Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин) впервые использовал термин «кинетическая энергия» не позже 1851 года, а в 1853 году Уильям Ренкин впервые ввёл понятие «потенциальная энергия».

Несколько лет велись споры, является ли энергия субстанцией (теплород) или только физической величиной.

Автомобили и самолеты тепловозы и теплоходы, работают, расходуя энергию сгорающего топлива, гидротурбины - энергию падающей с высоты воды. Да и сами мы, чтобы жить, учиться и работать, возобновляем свой запас энергии при помощи пищи, которую мы едим.

Слово "энергия" употребляется нередко и в быту. Так, например, людей, которые могут быстро выполнять большую работу, мы называем энергичными, обладающими большой энергией.

Приведем примеры энергии:

Сжатая пружина, распрямляясь, может совершить работу, например, поднять на высоту груз, или заставить двигаться тележку.

Поднятый над землей неподвижный груз не совершает работы, но если этот груз упадет, он может совершить работу (например, может забить в землю сваю).

Энергия обычно обозначается символом Е (действие, деятельность,мощь).

Для обозначения тепловой энергии обычно используется символ Q (количество тепла).

Для обозначения потенциальной энергии обычно используется символ U (происхождение символа подлежит уточнению).

В отдельных случаях может использоваться символ W (работа, труд), как способность выполнять работу.

 

 

Виды энергии.

Существует много видов энергии как в физике, так и в других научных отраслях.

Раздел физики механика подразделяет энергию на два вида: потенциальнаяи кинетическая. Их сумма называется полной механической энергией.

Энергией обладают все виды полей. По этому признаку различают: электромагнитную, гравитационную (тяготения) и атомную (ядерную) энергии (также может быть разделена на энергию слабого и сильного взаимодействий).

В термодинамике различают внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы.

В химии рассматриваются такие величины, как энергия связи и энтальпия, имеющие размерность энергии, отнесённой к количеству вещества.

Также существует энергия взрыва.

Кинетическая энергия. Ек=m*v^2/2Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Когда тело не движется, кинетическая энергия равна нулю. Впервые понятие кинетической энергии было введено в трудах Готфрида Лейбница (1695 г.). Кинетическая энергия имеет такие свойства, как аддитивность, инвариантность по отношению к повороту системы отсчета, сохранение. Аддитивность - свойство кинетической энергии механической системы, состоящей из материальных точек, которая равна сумме кинетических энергий всех материальных точек, входящих в систему. Инвариантность по отношению к повороту системы отсчета, это когда кинетическая энергия не зависит от положения точки, направления её скорости и зависит лишь от модуля скорости или, что то же самое, от квадрата её скорости. Сохранение. Кинетическая энергия не изменяется при взаимодействиях, изменяющих лишь механические характеристики системы.

Потенциальная энергия. Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счет работы сил поля. Корректное определение потенциальной энергии может быть дано только в поле сил, работа которых зависит только от начального и конечного положения тела, но не от траектории его перемещения. Такие силы называются консервативными (потенциальными).Также, потенциальная энергия является характеристикой взаимодействия нескольких тел или тела и поля. Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии. Любая физическая система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией.

Энергия электромагнитного поля — энергия, заключенная в электромагнитном поле. Сюда же относятся частные случаи чистого электрического и чистого магнитного поля. Факт существования потоков энергии в постоянных электрических и магнитных полях может выглядеть странно, но не приводит к каким-либо парадоксам; более того, такие потоки обнаруживаются в эксперименте.

 

 

Гравитационная энергия — потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным гравитационным тяготением. Для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, гравитационная энергия отрицательна, а для бесконечно удалённых, то есть для гравитационно не взаимодействующих тел, гравитационная энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной и кинетической энергии, постоянна. Для изолированной системы гравитационная энергия является энергией связи. Системы с положительной полной энергией не могут быть стационарными.

Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях. Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония, реже других тяжёлых ядер (уран-238, торий-232).

Внутренняя энергия тела — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Свойства внутренней энергии: внутренняя энергия задаётся с точностью до постоянного слагаемого, зависящего от выбранного нуля отсчёта и не сказывающегося на экспериментальных замерах изменения внутренней энергии; внутренняя энергия есть величина аддитивная, т. е. внутренняя энергия системы равна сумме энергий её подсистем; внутренняя энергия есть индифферентный скаляр, т. е. во внутреннюю энергию не входит кинетическая энергия системы как единого целого и кинетическая энергия среды внутри системы (энергия смещения элементарных областей при деформации твёрдых тел и энергия потоков жидкостей и газов в среде).

Энергия взрыва.Взрыв — физический или/и химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов.При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва. Энергию взрыва иногда измеряют в тротиловом эквиваленте — мере энерговыделения высокоэнергетических событий, выраженной в количестве тринитротолуола (ТНТ), выделяющем при взрыве равное количество энергии.

 

 

Закон сохранения энергии в механических процессах.

И потенциальная, и кинетическая энергия изменяются только в результате такого взаимодействия тел, при котором действующие на тела силы совершают работу, отличную от нуля.

Рассмотрим теперь вопрос об изменениях энергии при взаимодействиях тел, образующих замкнутую систему. Если несколько тел взаимодействуют между собой только силами тяготения и силами упругости и никакие внешние силы на них не действуют, то при любых взаимодействиях тел работа сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

А = - (Ер2 – Ер1). (1)

Вместе с тем по теореме о кинетической энергии работа тех же сил равна изменению кинетической энергии:

А = Ек2 – Ек1 (2)

Из сравнения равенств (1) и (2) видно, что изменение кинетической энергии тел в замкнутой системе равно по абсолютному значению изменению потенциальной энергии системы тел и противоположно ему по знаку:

Ек2 – Ек1 = - (Ер2 – Ер1)

Или

Ек1 + Ер1 = Ек2 + Ер2 (3)

Из равенства (3) следует, что сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается постоянной.Это утверждение называется законом сохранения энергии в механических процессах.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел называется полной механической энергией.

Для полной механической энергии закон сохранения энергии имеет следующее выражение: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения и упругости, остается неизменной.

Основное содержание закона сохранения энергии заключается не только в установлении факта сохранения полной механической энергии, но и в установлении возможности взаимных превращений кинетической и потенциальной энергии тел в равной количественной мере при взаимодействии тел.

 

 

Источники энергии

Условно источники энергии можно поделить на два типа: невозобновляемые и постоянные. К первым относятся газ, нефть, уголь, уран и т. д. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, неэкологична, и многие из них истощаются. К постоянным источникам можно отнести энергию солнца, энергию, получаемую на ГЭС и т. д.

 

 

5.Потребление энергии

Существует довольно много форм энергии, большинство из которых так или иначе используются в энергетике и различных современных технологиях.

Темпы энергопотребления растут во всем мире, поэтому на современном этапе развития цивилизации наиболее актуальна проблема энергоэффективности и энергосбережения.

 

 

 

Вывод

Таким образом, энергия – понятие относительное. Существует много видов энергии, которые важны по-своему. Разные энергии выполняют свои особые функции и имеют свои неповторимые свойства.

В настоящее время тема потребления и сбережения энергии очень актуальна. Мы должны экономить энергию, не растрачивать её по пусту.

 

В физическом смысле энергия тоже очень важна.

 

Список используемой литературы и сайтов

1.О. Ф. Кабардин «Физика. Справочные материалы»;

2.Издательство «Росмэн» №Большая иллюстрированная энцикопедия»;

3.Веб-сайт ru.wikipedia.org