تبلیغات
فیزیک - تعاریف و اصطلاحات

تعاریف و اصطلاحات

جمعه 10 مهر 1388 01:57 ب.ظ

نویسنده : مهدی کبریت چی

تعاریف و اصطلاحات انرژی

  
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک نوین > انرژی(cached)



انرژی را از روی منابع تولید و نیز مکانیزم کلی تولیدشان به صورت زیر تقسیم بندی می‌کنند. بعضی از این انرژیها تجدید پذیر (انرژیهای برگشت پذیر) بوده و بعضی دیگر تجدید ناپذیر (انرژیهای برگشت ناپذیر) هستند که تعاریف آنها را نیز در زیر می‌آوریم.







 

انرژی خورشید

در داخل خورشید انرژی پتانسیل گرانشی باعث افزایش دما می‌شود، تا آنجا که شرایط دمایی برای انجام همجوشی هسته‌ای فراهم شود. بر اثر این واکنش ، ماده به انرژی تبدیل می‌شود. که این انرژی بصورت تابش است و به اندازه‌ای است که همخورشید را داغ نگه می‌دارد و هم گرمای منظومه شمسی و زمین را تأمین می‌کند. می‌توان در سطح زمین ، با تبدیل این انرژی به صورتهای دیگر از آن منبع عظیم استفاده بهینه کرد. 

انرژی باد

اختلاف دمای آزمایشهای مربوط به هوا باعث ایجاد اختلاف فشار می‌شود و این اختلافها سبب حرکت لایه‌های مختلف آزمایشهای مربوط به هوا ، برای رسیدن به تعادل می‌شوند. حرکت لایه‌های آزمایشهای مربوط به هوا را باد می‌گویند. که از حرکت نسبی اتمسفر زمین هم ناشی می‌شود. باد به سبب سرعت خود انرژی جنبشیدارد. که آن را انرژی باد می‌گویند. با بکار گیری ابزارها و دستگاههای مناسب می‌توان از این منبع طبیعی انرژی هم استفاده کرد. 



 

انرژی آب

آب هم مانند باد و خورشید از منابع طبیعی انرژی می‌باشد. انرژی آب به علت حرکت و سرعت آن می‌باشد. با بستن سد در مقابل آب رودخانه‌ها می‌توان انرژی جنبشی را بصورت انرژی پتانسیل ذخیره کرد و به مصارف مختلف رساند. آبشارها نیز ، به علت ارتفاع از سطح زمین و هم به علت سرعت زیاد آب ، منبع عظیمی از انرژی آب می‌باشند. 

انرژیهای فسیلی

فسیل بقایای گیاهان و جانورانی است که در گذشته در زمین مدفون شده‌اند. این بقایای پوسیده می‌توانند در تولید سوختها و انرژی فسیلی مورد استفاده قرار بگیرند. این سوختها بطور طبیعی بصورت مواد جامد ، مایع ، گاز یا مخلوطی از آنها در معادن استخراج می‌شوند. 

انرژی جزر و مد

جزر و مدها به بالا آمدن و پائین رفتن سطح آب اقیانوسها مربوط هستند جزر یعنی پائین رفتن آب و مد یعنی بالا آمدن سطح آب. تأثیرات خورشید و ماه بر روی زمین ،تئوری تعادلی جزر و مد را مشخص می‌کند. این انرژی هم در ایجاد انرژی موج نقش دارد و هم مکانیزم تولید الکتریسیته در توربین پره‌ای است. 

انرژی ماهیچه‌ای

ماهیچه‌های بدن با دریافت فرمان از مغز و به کمک استخوانها و سایر اجزاء ، می‌توانند منقبض و منبسط شوند. و در این باز و بسته شدن انرژی را ذخیره و منتقل کنند. ماهیچه منقبض دارای ذخیره انرژی ماهیچه‌ای می‌باشد که وقتی باز شد، می‌تواند این انرژی را به بیرون انتقال دهد و به کار یا صورتهای دیگر انرژی تبدیل نماید. 

انرژی نورانی

نور صورتی از انرژی است که در بسته‌هایی موسوم به فوتون منتشر می‌شود. انرژی نورانی طبق رابطه E = hv با فرکانس نور بستگی مستقیم دارد. در این رابطه E انرژی نورانی فوتون ، h ثابت پلانک و v فرکانس فوتون می‌باشد. انرژی نورانی آن دسته از بسامدهایی را شامل می‌شود که در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی قرار دارند. 

انرژی گرمایی

گرما انرژی است که در اثر اختلاف دمای بین دو جسم (سیستم) که باهم در تماسند، مبادله می‌گردد. به این انرژی فقط زمانی نام انرژی گرمایی اطلاق می‌شود که در اثر اختلاف دما جریان داشته باشد. اختلاف دما در یک سیستم منفرد نیز انرژی گرمایی بوجود می‌آورد که با رابطه (Q = mc (T2 - T1 بدست می‌آید. که در آن T ها معرف دما بوده ، Q انرژی گرمایی ، m جرم جسمی که تبادل آزمایشهای مربوط به گرما را صورت می‌دهد و c ظرفیت گرمایی ویژه می‌باشد. 

انرژی صوتی

صوت یک موج مکانیکی طولی است که می‌تواند در محیطهای مادی منتشر شود. بسامدهای این امواج در محدوده 20 هرتز تا 20000 هرتز قرار دارد که گستره شنیده شدنی نامیده می‌شود. امواج با بسامد کمتر از این محدوده را امواج فرو صوتی و امواج با بسامد بیشتر را امواج فراصوتی می‌نامند. E = hv انرژی صوتی حاصل از بسامدهای مربوط به صوت می‌باشد. 



 

انرژی هسته‌ای

هسته با وجود جرم بسیار کم ، امروزه از منابع بسیار قوی انرژی محسوب می‌شود. که طبق رابطه انیشتن E = mc2 با تبدیل جرم به انرژی ، انرژی هسته‌ای را بوجود می‌آورد. انرژی هسته‌ای به دو روش شکافت و همجوشی حاصل می‌شود. درشکافت هسته‌ای ، یک هسته سنگین طی واکنشی به دو هسته با جرم کمتر تبدیل شده و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند. در همجوشی هسته‌ای ، دو هسته سبک باهم ترکیب شده و یک هسته سنگین ایجاد می‌کنند، که این واکنش هم با آزاد سازی انرژی همراه است. 

انرژی الکتریکی

وقتی دو ذره باردار را که بار همنام دارند، با سرعت ثابت به هم نزدیک می‌کنیم، یا زمانی که دو ذره ناهمنام را با سرعت ثابت از هم دور می‌کنیم، برای غلبه بر نیروهای کولنی بین ذرات ، باید کار انجام دهیم. کار انجام شده بصورت انرژی الکتریکی در بارهای الکتریکی ذخیره می‌شود. این مسئله را در حالت کلی می‌توان به توزیعهای پیوسته و گسسته‌ای از بار نیز تعمیم داد. چگالی انرژی الکتریکی u(E) = (E.D)/2می‌باشد. که اگر از آن روی حجم منطقه انتگرال بگیریم کل انرژی الکتریکی بدست می‌آید، که در رابطه اخیر E میدان الکتریکی و D اندوکسیون الکتریکی می‌باشد. 

انرژی مغناطیسی

اگر بار Q که با سرعت V حرکت می‌کند، تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار گیرد،انرژی مغناطیسی مربوطه عبارت خواهد بود از کاری که بوسیله میدان برای حرکت بار ، در فاصله مشخصی صورت می‌گیرد. مقدار انرژی مغناطیسی ذخیره شده در واحد حجم (چگالی انرژی مغناطیسی) از رابطه u(B) = (B.H)/2 بدست می‌آید. که در آنB اندکسیون مغناطیسی و H میدان مغناطیسی می‌باشند. 

انرژی الکترومغناطیسی

مجموع انرژیهای الکتریکی و مغناطیسی در کنار هم انرژی الکترومغناطیسی نامیده می‌شود. که در مدارهای LC وRLC این ترکیب فراهم می‌شود. و انرژی در خازن والقاگر ذخیره می‌گردد. چگالی انرژی الکترومغناطیسی از رابطه u = (B.H + E.D)/2محاسبه می‌شود. 

انرژی موج

موج در سطح دریا عبارت است از حرکت ذرات آب به بالا و پایین و آنچه ادامه می‌یابد تا به ساحل می‌رسد، تنها همین حرکت است نه اینکه ذرات آب. نیرویی که باعث این حرکت می‌شود، از وزش باد تأمین می‌شود. ذرات آب در موج حرکت دایره وار دارند و انرژی موج ، انرژی برگشت پذیر است که دوباره در اثر برهمکنش باد و سطح آب ایجاد می‌شود. 

انرژی شیمیایی

در جریان یک واکنش شیمیایی ، انرژی آزاد یا جذب می‌شود، که به این انرژی که حاصل از واکنشهای شیمیایی است، انرژی شیمیایی می‌گویند. این انرژی بسته به نوع واکنش ممکن است انرژی پیوندی ، انرژی یونش ، انرژی فعالسازی و ... باشد. 

انرژی مکانیکی

طبق قانون پایستگی انرژی ، مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل برای سیستمی که فقط نیروهای پایستار به آن اثر می‌کند، مقداری ثابت است. این مقدار ثابت انرژی مکانیکی نامیده می‌شود (E = K + U). که در این رابطه E انرژی مکانیکی ، K انرژی جنبشی و U انرژی پتانسیل می‌باشد. 

انرژی پتانسیل

هر جسم بسته به موقعیت خود ، دارای انرژی پتانسیل می‌باشد که این موقعیت از یک مبدا فرضی سنجیده می‌شود. این انرژی در جسم ذخیره می‌شود و طبق قانون پایستگی انرژی مکانیکی ، می‌تواند با تغییر موقعیت ، به انرژی جنبشی تبدیل شده و کار انجام دهد. انرژی پتانسیل فقط برای نیروهای پایستار معنی دارد و در انواع انرژی پتانسیل گرانشی ، انرژی پتانسیل کشسانی و ... وجود دارد. 

انرژی جنبشی

هر جسم متحرکی می‌تواند در برخورد به اجسام دیگر و با کم شدن سرعتش به آنها ضربه بزند، پس به هر جسم در حال حرکت می‌توان انرژیی نسبت داد که به انرژی جنبشی موسوم است و از رابطه K = mv2/2 بدست می‌آید. طبق قضیه کار و انرژی، انرژی جنبشی یک جسم متحرک ، برابر است با کاری که می‌تواند انجام دهد، تا به سکون برسد. 

انرژی داخلی

انرژی داخلی یک ماده برابر مجموع انرژیهای مولکولهای تشکیل دهنده آن ماده است، به عبارت دیگر ، انرژی داخلی با مجموع انرژیهای جنبشی و پتانسیل مولکولهای آن ماده برابر است. تغییر این انرژی ، موضوع قانون اول ترمودینامیک می‌باشد. انرژی درونی یک سیستم تنها تابعی از دمای مطلق آن می‌باشد. 

انرژیهای برگشت پذیر

اگر سیستمی چنان متحول شود که پس از پایان تحول دوباره به حالت اولیه برگردد و در این برگشت هیچ تغییری در سیستم و محیطهای اطراف مشاهده نشود، چنین تحولی را تحول برگشت پذیر گویند. انرژی که در این تحول دوباره به حالت اولیه بازگشت ، انرژی برگشت پذیر می‌باشد. 

انرژیهای برگشت ناپذیر

اگر سیستمی پس از پایان تحول ، دوباره به حالت اولیه بازنگردد، چنین تحولی را تحول برگشت ناپذیر می‌گویند. در طبیعت وجود عوامل اتلافی باعث می‌شود که همیشه مقداری از انرژی به شکل گرما ظاهر و بدون استفاده تلف شود. لذا دیگر این انرژی تلف شده به حالت اولیه بر نمی‌گردد. چنین انرژی را ، انرژی برگشت ناپذیر گویند. 

قانون بقای انرژی

  
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک نظری > قوانین بقای فیزیک(cached)

انرژی نه تولید می‌شود و نه نابود می‌گردد، بلکه همواره از صورتی به صورت دیگر تبدیل می‌شود. این بیان به عنوان قانون بقا انرژی معروف است.

اطلاعات اولیه

اگر علاوه بر نیروهای پایستار و اصطکاک ، نیروهای ناپایستار و غیر اصطکاکی را نیز در نظر بگیریم، بر اساس قضیه کار و انرژی ، مجموع کار انجام شده توسط تمام این نیروها با تغییرات انرژی جنبشی برابر است. اگر کار انجام شده توسط نیروهای پایستار بر روی ذره را با  و کار انجام شده توسط نیروی اصطکاک را با  و کل کار انجام شده توسط نیروهای ناپایستار غیر اصطکاکی را با  نشان دهیم، قضیه کار انرژی به صورت زیر بیان خواهد شد:

 


در رابطه فوق  تغییر انرژی جنبشی است. از طرف دیگر ، می‌دانیم که هر نیروی پایستار را می‌توان به یک انرژی پتانسیل و هر نیروی اصطکاک را به انرژی داخلیوابسته کرد. بنابراین اگر علاوه بر موارد گفته شده صورتهای دیگر انرژی را نیز در نظر بگیریم، خواهیم داشت:

 


عبارت فوق که در آن  تغییرات انرژی جنبشی و  تغییرات انرژی پتانسیل و  انرژی داخلی سیستم است، قانون بقای انرژی نامیده می‌شود. 

تاریخچه

قانون بقای انرژی در واقع از تجربیات ماست و مشاهدات ما از طبیعت آن را نقض نکرده است. بر این اساس قانون بقای انرژی را اصل پایستگی انرژی نیز می‌گویند. در طول تاریخ علم فیزیک بارها درستی قانون بقای انرژی مورد سوال قرار گرفته است، اما همین تردیدها خود به محرکی برای کشف دلایل قانون بقای انرژی تبدیل شده‌اند. در این پژوهشها ، دانشمندان در پی یافتن پدیده‌هایی غیر از حرکت بوده‌اند، پدیده‌هایی که همراه با نیروهای برهمکنش میان اجسام ظاهر می‌شوند و البته این نوع پدیده‌ها همواره وجود دارند.

در برهمکنش‌های دیگر ، انرژی ممکن است به صورت نور ، الکتریسیته و مانند آن تولید شود. بنابراین علاوه بر انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل اجسامی که به صورت مستقیم قابل مشاهده هستند، صورتهای دیگر انرژی نیز وجود دارد و در واقع ، قانون بقا انرژی بیانگر پایستگی انواع مختلف انرژی است که علاوه بر مکانیک در شاخه‌های دیگر علم فیزیک نیز بکار می‌رود. 

ارتباط پایستگی انرژی با پایستگی انرژی مکانیکی

هر چند اصل پایستگی انرژی جنبشی بعلاوه انرژی پتانسیل (انرژی مکانیکی) غالبا مفید است، اما این اصل در واقع حالت محدودی از اصل کلی بقای انرژی است. انرژی‌های جنبشی و پتانسیل تنها هنگامی بقا خواهند داشت که نیروهای پایستار عمل می‌کنند، در صورتی که انرژی کل همیشه بقا دارد. 

بقا انرژی در نسبیت

با ظهور نسبیت انیشتین ، در قوانین بقای فیزیک کلاسیک تجدید نظر کلی حاصل شد. به عنوان مثال ، قانون بقای اندازه حرکت خطی و قانون مطلق بودن فضا در فیزیک کلاسیک به هم خورده و به جای آن کمیتی تعریف شد که برابر مجموع مربع اندازه حرکت خطی و مربع فاصله است و همواره پایسته می‌ماند.

قانون بقای انرژی نیز از این قاعده کلی مستثنی نبوده، بلکه قانون جدیدی به نامپایستگی جرم بوجود آمد. بر اساس این قانون ، جرم به انرژی و بر عکس انرژی به جرم تبدیل می‌شود. البته تمام این موارد در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور صورت می‌گیرد و در سرعت‌های پائین قوانین بقای فیزیک کلاسیک به قوت خود باقی است. 




دیدگاه ها : نظرات
آخرین ویرایش: - -