Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия

Для чего нам нужна энергия

Предваряя экспериментальную проверку нашей веры в сохранение энергии, мы размахнулись на целый список различных ее форм. Мы считаем энергию чем-то весьма нужным, способным работать на нас (скажем, поднимать грузы), тем, что измеряется работой (в кГм, или ньютон∙м) или произведением сила на расстояние при переходе из одной формы в другую или с одного места в другое. Снабжение энергией необходимо для множества полезных дел:

— обогрева тел, домов и очагов, обеспечения передвижения;

— увеличения потенциальной энергии грузов на подъемниках;

— увеличения химической энергии при зарядке аккумуляторов и производстве химических удобрений;

— поддержания кинетической энергии работающих механизмов;

— освещения, приготовления пищи и т. д. и т. п.

Эти примеры применения можно разделить на три общие группы,

а) Химическая энергия питания . Как правило, она дороже энергии других видов топлива. Пшеница в перерасчете на калории гораздо дороже, чем уголь. Питание дает тепло для поддержания температуры тела, механическую и химическую энергии для его движении, а иногда и механическую энергию наружу о некоторой растратой тепла, когда человек занимается физическим трудом.

б) Тепло для обогрева жилищ и приготовления пищи . Оно дает человеку возможность жить в различных климатических условиях и употреблять огромное разнообразие пищевых продуктов.

в) Механическая энергия и тепло для транспорта, промышленности и т. д . Все человечество нуждается в питании для поддержания жизни и в дополнительном питании для выполнения тяжелой физической работы. Современное общество заменяет тяжелый физический труд машинами, которые потребляют другие виды топлива. Оно увеличивает снабжение продуктами питания и расширяет жизненное пространство за рамки узких границ подходящего климата. По грубым данным в мире на душу населения сейчас приходится топлива (в пересчете на энергию) в 8 раз больше того, что обеспечивает питание. (Это отношение сильно меняется от малых величин в некоторых странах, где основную, но небольшую дополнительную энергию дают животные, до значительных цифр в передовых странах, где средняя механическая мощность, приходящаяся на каждого работающего на машинах, в 10–20 раз больше его собственной мощности.)

Несмотря не изыскание все новых источников топлива, потребление его ежегодно растет почти с той же скоростью, с какой растет население.

Таблица 2. Классификация форм энергии

Название ∙ Обозначение ∙ Где встречается

∙ Потенциальная энергия силы тяжести (часто называется просто «потенциальная энергия»), или гравитационная потенциальная энергия ∙ ( Е пот) ∙ При поднятии груза происходит возрастание потенциальной энергии, запасенной в поле силы тяжести

∙ Энергия деформации (часто называется «потенциальная энергия») ∙ ( Е деф) ∙ При сгибании, растяжении, закручивании или сжатии пружины или другого упругого предмета последний запасает энергию деформации

∙ Кинетическая энергия ∙ ( Е кин) ∙ Энергия движения тела. Можно показать, что она равна 1/2 ( масса ) х ( скорость ) 2

∙ Кинетическая энергия вращения ∙ ( Е вр) ∙ Каждая часть вращающегося тела движется, следовательно, обладает кинетической энергией. Энергия вращения является суммой этих кинетических энергий

∙ Тепловая энергия (теплота) ∙ ( Е тепл) ∙ Теплота может переходить в кинетическую, потенциальную и другие формы энергии. Сейчас теплота рассматривается как энергия молекулярного движения

∙ Химическая энергия или молекулярная энергия (ее следовало бы называть атомной энергией ) ∙ ( Е хим) ∙ Фейерверки, взрывы, продукты питания и топливо при химических превращениях могут выделять тепло и переходить в другие формы энергии. Мы говорим, что они содержат «химическую энергию»

∙ Молекулярная энергия плавления и нагревания (скрытая теплота) ∙ ( Е скр. тепл) ∙ На плавление и испарение требуется дополнительная теплота. Она не увеличивает температуры, а заключена в межмолекулярных полях

∙ Электрическая энергия; Магнитная энергия ∙ ( Е эл; Е маг) ∙ Электрические цепи, заряженные конденсаторы, электромагниты связаны с электрической и магнитной энергиями

| Электромагнитная энергия ∙ ( Е эл_маг) ∙ Энергия, свойственная тесно связанным, друг с другом электрическим и магнитным полям