Wybierz poziom tekstu:
energia nie może być stworzona ani zniszczona, co oznacza, że całkowita ilość energii we wszechświecie zawsze była i zawsze będzie stała. Nie oznacza to jednak, że energia jest niezmienna; może zmieniać formę, a nawet przenosić się między obiektami.
powszechnym przykładem transferu energii, który widzimy w życiu codziennym, jest transfer energii kinetycznej—energii związanej z ruchem—z jednego poruszającego się obiektu do nieruchomego obiektu poprzez pracę. W fizyce praca jest miarą transferu energii i odnosi się do siły przyłożonej przez obiekt na odległość. Kiedy kij golfowy jest huśtany i uderza w stacjonarną piłkę golfową, część energii kinetycznej klubu przenosi się do piłki, ponieważ klub „pracuje” na piłce. W przekazie energii takim jak ten energia przemieszcza się z jednego obiektu do drugiego, ale pozostaje w tej samej formie. Transfer energii kinetycznej jest łatwy do zaobserwowania i zrozumienia, ale inne ważne transfery nie są tak łatwe do wizualizacji.
energia cieplna ma związek z energią wewnętrzną układu ze względu na jego temperaturę. Kiedy substancja jest ogrzewana, jej temperatura wzrasta, ponieważ cząsteczki, z których się składa, poruszają się szybciej i zyskują energię cieplną poprzez transfer ciepła. Temperatura jest używana jako pomiar stopnia „gorąca ” lub” zimna ” obiektu, a termin ciepło jest używany w odniesieniu do energii cieplnej przenoszonej z gorętszego systemu do chłodniejszego. Transfer energii cieplnej odbywa się na trzy sposoby: poprzez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie.
kiedy energia cieplna jest przenoszona między sąsiednimi cząsteczkami, które są w kontakcie ze sobą, nazywa się to przewodzeniem. Jeśli metalowa łyżka zostanie umieszczona w garnku z wrzącą wodą, nawet koniec nie dotykający wody staje się bardzo gorący. Dzieje się tak, ponieważ metal jest wydajnym przewodnikiem, co oznacza, że ciepło przepływa przez materiał z łatwością. Wibracje cząsteczek na końcu łyżki dotykającej wody rozprzestrzeniają się po całej łyżce, aż wszystkie cząsteczki będą wibrować szybciej (tj., Cała łyżka się nagrzewa). Niektóre materiały, takie jak drewno i plastik, nie są dobrymi przewodnikami—ciepło nie łatwo przechodzi przez te materiały—i są zamiast tego znane jako izolatory.
konwekcja występuje tylko w cieczach, takich jak ciecze i gazy. Gdy woda jest gotowana na piecu, cząsteczki wody na dnie garnka są najbliżej źródła ciepła i najpierw zyskują energię cieplną. Zaczynają poruszać się szybciej i rozprzestrzeniać, tworząc mniejszą gęstość cząsteczek na dnie garnka. Cząsteczki te następnie wznoszą się na górę garnka i są zastępowane na dole przez chłodniejszą, gęstszą wodę. Proces powtarza się, tworząc prąd cząsteczek tonących, nagrzewających się, wznoszących się, schładzających i tonących ponownie.
trzeci rodzaj wymiany ciepła—promieniowanie—ma kluczowe znaczenie dla życia na Ziemi i jest ważny dla ogrzewania zbiorników wodnych. W przypadku promieniowania źródło ciepła nie musi dotykać ogrzewanego obiektu; promieniowanie może przenosić ciepło nawet przez próżnię przestrzeni. Prawie cała energia cieplna na Ziemi pochodzi od słońca i promieniuje na powierzchnię naszej planety, podróżując w postaci fal elektromagnetycznych, takich jak światło widzialne. MateriaĹ 'y na Ziemi pochĺ’ aniajÄ … te fale, aby uĺľyä ‡ ich energii lub odbijaÄ ‡ je z powrotem w przestrzeĹ”.
w przemianie energii, energia zmienia formę. Piłka siedząca na szczycie wzgórza ma grawitacyjną energię potencjalną, która jest potencjałem obiektu do pracy ze względu na jego położenie w polu grawitacyjnym. Ogólnie rzecz biorąc, im wyżej znajduje się ta kula, tym więcej ma grawitacyjnej energii potencjalnej. Kiedy siła zepchnie ją ze wzgórza, ta energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną. Piłka nadal traci energię potencjalną i zyskuje energię kinetyczną, aż dotrze do dna wzgórza.
w beztarciowym wszechświecie kulka po dotarciu do dna nadal by się toczyła, ponieważ miałaby tylko energię kinetyczną. Na Ziemi jednak piłka zatrzymuje się na dnie wzgórza ze względu na energię kinetyczną przekształcaną w ciepło przez przeciwną siłę tarcia. Podobnie jak w przypadku transferów energii, energia jest zachowywana w transformacjach.
w przyrodzie transfery energii i przemiany zachodzą nieustannie, np. w środowisku wydm nadmorskich.
kiedy energia cieplna promieniuje od słońca, ogrzewa zarówno ląd, jak i ocean, ale woda ma specyficzną wysoką pojemność cieplną, więc nagrzewa się wolniej niż ląd. Ta różnica temperatur tworzy prąd konwekcyjny, który następnie manifestuje się jako wiatr.
ten wiatr posiada energię kinetyczną, którą może przenieść na ziarna piasku na plaży, przenosząc je na niewielką odległość. Jeśli ruchomy piasek uderzy w przeszkodę, zatrzymuje się z powodu tarcia powstałego przez kontakt, a jego energia kinetyczna jest następnie przekształcana w energię cieplną lub ciepło. Gdy wystarczająco dużo piasku gromadzi się w czasie, kolizje te mogą stworzyć wydmy, a nawet całe pole wydmowe.
te nowo powstałe wydmy zapewniają wyjątkowe środowisko dla roślin i zwierząt. Roślina może rosnąć na tych wydmach za pomocą energii świetlnej promieniowanej od słońca, aby przekształcić wodę i dwutlenek węgla w energię chemiczną, która jest przechowywana w cukrze. Kiedy zwierzę zjada roślinę, wykorzystuje energię zgromadzoną w tym cukrze, aby ogrzać swoje ciało i poruszać się, przekształcając energię chemiczną w energię kinetyczną i termiczną.
choć nie zawsze jest to oczywiste, transfery energii i przemiany nieustannie dzieją się wokół nas i są tym, co umożliwia istnienie życia, jakie znamy.