Sposoby konwersji energii

"Aby mówić o energii i sposobach jej przetwarzania należy wyjść od pojęcia pracy. W życiu codziennym pojęcie pracy jest mało zdefiniowane. W fizyce to pojęcie jest sformułowane ściśle. Tu przez pracę rozumie się iloczyn skalarny siły i przesunięcia."

Sposoby konwersji energii.

Aby mówić o energii i sposobach jej przetwarzania należy wyjść od pojęcia pracy. W życiu codziennym pojęcie pracy jest mało zdefiniowane. W fizyce to pojęcie jest sformułowane ściśle. Tu przez pracę rozumie się iloczyn skalarny siły i przesunięcia. Co możemy zapisać:

,

Wzór powyższy jest słuszny, gdy siła i droga są równoległe, tj.

Jeżeli wektory i tworzą pewien kąt α, to wzór na pracę zapisujemy:

Możemy też napisać wzór na pracę elementarną:

Jednostką pracy jest W= F s [N × m] = [J]

Przy okazji wyprowadzamy pojęcie mocy. Ta wielkość zdefiniowana jest następująco:

Możemy teraz sformułować pojęcie energii kinetycznej i potencjalnej.

Energia kinetyczna.

Zacznijmy rozważania od energii kinetycznej. Punktem wyjścia do rozważeń będzie znana nam praca: Z II Zasady dynamiki wiadomo, że Ostatecznie jest:

Scałkujmy to wyrażenie

Widać więc, że wykonując nad ciałem o macie m pracę W nadajemy mu prędkość V. Ciało m posiadające prędkość jest zdolne do wykonania pracy. Możemy powiedzieć jeszcze inaczej, że wykonując nad ciałem pracę nadajemy mu energię. W naszym przypadku – energię kinetyczną. Energia kinetyczna jest to więc praca nagromadzona w jakimś ciele, któremu nadano prędkość.

Energia potencjalna.

Tu również wyjdziemy od wzoru na pracę .

Niech będzie siłą ciężkości

Obliczamy pracę potrzebną do podniesienia ciała o masie m na wysokość h w polu grawitacyjnym ziemskim.

Wtedy zapiszemy: .

Scałkujmy to wyrażenie:

Aby ciało podnieść na wysokość h trzeba wykonać pracę . Ta praca może być nam zwrócona. Bo ciało spadające z pewnej wysokości jest w stanie wykonać pracę.

Możemy powiedzieć, że w każdym ciele podniesionym na pewną wysokość zgromadzona jest praca. Powiadamy, zatem że ciało to posiada energię potencjalną, czyli potencjalną możliwość wykonania pracy.

Zatem

Przy okazji możemy np. obliczyć energię potencjalną sprężystą. Czynimy to w następujący sposób:

prawo Hooke’a

1/2kx2

Sposoby konwersji energii

Konwersja energii mechanicznej (Ek i Ep)

Możemy teraz omówić przemiany energii kinetycznej w potencjalną lub odwrotnie.Wyjdźmy od energii potencjalnej:

Wykazaliśmy, że energia potencjalna przechodzi w energię kinetyczną. Jest możliwe również przejście odwrotne. Można podać i analizować inne przykłady: Konwersja energii mechanicznej w wahadle.

Przetwarzanie energii w masę i odwrotnie

Ten problem należy rozumieć jako równoważność masy i energii.W mechanice klasycznej, przyjmujemy, że masa m=const jest niezależna od prędkości. Według mechaniki relatywistycznej Einsteina masa jest zależna od prędkości zgodnie z wzorem:

W związku z tym w odniesieniu np. do pędu ciała musimy napisać:

Podczas gdy w tej pierwszej mechanice pisaliśmy .Zatem zmiana pędy dana jest wzorem: .Tak jest gdyż ...