Selecteer tekstniveau:
energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd, wat betekent dat de totale hoeveelheid energie in het universum altijd constant is geweest en zal zijn. Dit betekent echter niet dat energie onveranderlijk is; het kan van vorm veranderen en zelfs tussen objecten overdragen.
een algemeen voorbeeld van energieoverdracht dat we in het dagelijks leven zien is de overdracht van kinetische energie—de energie die geassocieerd wordt met beweging—van een bewegend object naar een stilstaand object via werk. In de natuurkunde is werk Een maat voor Energieoverdracht en verwijst het naar de kracht die door een object over een afstand wordt uitgeoefend. Wanneer een golfclub wordt geslagen en een stationaire golfbal raakt, wordt een deel van de kinetische energie van de club overgebracht naar de bal als de club “werkt” op de bal. Bij een energieoverdracht zoals deze beweegt energie van het ene object naar het andere, maar blijft in dezelfde vorm. Een kinetische energieoverdracht is gemakkelijk te observeren en te begrijpen, maar andere belangrijke overdrachten zijn niet zo gemakkelijk te visualiseren.
thermische energie heeft te maken met de interne energie van een systeem als gevolg van de temperatuur. Wanneer een stof wordt verwarmd, stijgt de temperatuur omdat de moleculen die het is samengesteld uit sneller bewegen en thermische energie verkrijgen door warmteoverdracht. Temperatuur wordt gebruikt als een meting van de mate van” hotness “of” koudheid ” van een object, en de term warmte wordt gebruikt om te verwijzen naar thermische energie die wordt overgebracht van een warmer systeem naar een koeler systeem. Thermische energieoverdracht gebeurt op drie manieren: door geleiding, convectie en straling.
wanneer thermische energie wordt overgedragen tussen naburige moleculen die met elkaar in contact zijn, wordt dit geleiding genoemd. Als een metalen lepel in een pot met kokend water wordt geplaatst, wordt zelfs het uiteinde dat het water niet raakt erg heet. Dit gebeurt omdat metaal een efficiënte geleider is, wat betekent dat warmte gemakkelijk door het materiaal reist. De trillingen van moleculen aan het einde van de lepel die het water raken, verspreiden zich door de lepel, totdat alle moleculen sneller trillen (d.w.z., wordt de hele lepel heet). Sommige materialen, zoals hout en kunststof, zijn geen goede geleiders—warmte gaat niet gemakkelijk door deze materialen—en zijn in plaats daarvan bekend als isolatoren.
convectie komt alleen voor in vloeistoffen, zoals vloeistoffen en gassen. Wanneer water wordt gekookt op een kachel, de watermoleculen aan de onderkant van de pot zijn het dichtst bij de warmtebron en krijgen thermische energie eerst. Ze beginnen sneller te bewegen en verspreiden zich, waardoor een lagere dichtheid van moleculen aan de onderkant van de pot. Deze moleculen stijgen dan naar de bovenkant van de pot en worden aan de onderkant vervangen door koeler, dichter water. Het proces herhaalt zich, het creëren van een stroom van moleculen zinken, opwarmen, stijgen, afkoelen, en weer zinken.
het derde type warmteoverdracht—straling-is van cruciaal belang voor het leven op aarde en is belangrijk voor het verwarmen van waterlichamen. Bij straling hoeft een warmtebron het verwarmde object niet aan te raken; straling kan warmte overdragen, zelfs door het vacuüm van de ruimte. Bijna alle thermische energie op aarde komt van de zon en straalt naar het oppervlak van onze planeet, reizen in de vorm van elektromagnetische golven, zoals zichtbaar licht. Materialen op aarde absorberen dan deze golven om te worden gebruikt voor energie of reflecteren ze terug in de ruimte.
bij de omzetting van energie verandert de energie. Een bal op de top van een heuvel heeft gravitatiepotentiaal energie, wat het vermogen van een object is om werk te doen vanwege zijn positie in een gravitatieveld. Over het algemeen, hoe hoger op de heuvel deze bal is, hoe meer gravitatiepotentiaal energie hij heeft. Als een kracht hem naar beneden duwt, verandert die potentiële energie in kinetische energie. De bal gaat door met het verliezen van potentiële energie en het verkrijgen van kinetische energie totdat het de bodem van de heuvel bereikt.
In een wrijvingsloos universum zou de bal voor altijd blijven rollen wanneer hij de bodem bereikt, omdat hij alleen kinetische energie zou hebben. Op aarde, echter, de bal stopt aan de onderkant van de heuvel als gevolg van de kinetische energie wordt omgezet in warmte door de tegengestelde kracht van wrijving. Net als bij energietransfers wordt energie behouden in transformaties.
in de natuur vinden energietransfers en-transformaties voortdurend plaats, bijvoorbeeld in een duinomgeving aan de kust.
wanneer thermische energie uit de zon straalt, verwarmt het zowel het land als de oceaan, maar water heeft een specifieke hoge warmtecapaciteit, waardoor het langzamer opwarmt dan land. Dit temperatuurverschil zorgt voor een convectiestroom, die zich vervolgens manifesteert als wind.
deze wind bezit kinetische energie, die hij kan overbrengen naar zandkorrels op het strand door ze een korte afstand te dragen. Als het bewegende zand een obstakel raakt, stopt het als gevolg van de wrijving die ontstaat door het contact en de kinetische energie wordt dan omgezet in thermische energie, of warmte. Als er in de loop van de tijd genoeg zand is opgebouwd, kunnen deze botsingen zandduinen creëren, en mogelijk zelfs een heel duinveld.
deze nieuw gevormde zandduinen bieden een unieke omgeving voor planten en dieren. Een plant kan in deze duinen groeien door gebruik te maken van lichtenergie die door de zon wordt uitgestraald om water en kooldioxide om te zetten in chemische energie, die wordt opgeslagen in suiker. Wanneer een dier de plant eet, gebruikt het de energie die in die suiker is opgeslagen om zijn lichaam te verwarmen en te bewegen, waarbij de chemische energie wordt omgezet in kinetische en thermische energie.
hoewel het misschien niet altijd duidelijk is, vinden energie-transfers en-transformaties voortdurend overal om ons heen plaats en maken zij het mogelijk om leven zoals wij het kennen te bestaan.