אנרגיה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
ברק הוא התמוטטות חשמלית של האוויר בידי שדה חשמלי חזק שהופך לזרם של אנרגיה. האנרגיה החשמלית הפוטנציאלית באטמוספירה משתנה לחום, אור וקול, שהן צורות אחרות של אנרגיה.

בפיזיקה, אנרגיה היא גודל פיזיקלי סקלרי, שמציין את כמות העבודה היכולה להיעשות על ידי כוח, המסייע להבנה בכל תחומי הפיזיקה. לפי הגדרה כללית יותר, אנרגיה היא הגודל הפיזיקלי שנשמר כתוצאה מכך שחוקי הפיזיקה קבועים בזמן.

את האנרגיה ניתן לחלק לשני סוגים עיקריים, אנרגיה פוטנציאלית שהיא אנרגיה אצורה במערכת, ואנרגיה קינטית הקשורה לתנועת גופים. אנרגיה יכולה לעבור מגוף אחד לשני וללבוש צורות שונות, אולם חוק שימור האנרגיה קובע שסכום האנרגיה של כל הגופים במערכת סגורה הוא גודל קבוע.

המונח[עריכת קוד מקור | עריכה]

המונח 'אנרגיה' במשמעותו המודרנית נטבע על ידי הרופא והפיזיקאי הגרמני הרמן פון הלמהולץ כאשר ניסח את חוק שימור האנרגיה, שעל פיו אנרגיה אינה "נעלמת" או נוצרת מאין, אלא רק משנה את פניה.

מקור המלה ביוונית: energeia - עשייה; חיבור של מילים en - ב-, ergon - עבודה; שורש המילה ergon הוא פיניקי-כנעני ("ארגון" - עבודה או מקום עבודה).

האקדמיה ללשון העברית הציעה בשנת 1930 את המילה מֶרֶץ במקביל למילה אנרגיה, אך זנחה מילה זו כעבור עשור.

צורות שונות של אנרגיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אנרגיה מצויה בשתי צורות בסיסיות:

  • אנרגיה קינטית (אנרגיית תנועה) - אנרגיה המצויה במערכת עקב תנועה של המערכת או של מרכיביה. את האנרגיה הקינטית (E_k) של מערכת בעלת מסה m הנעה במהירות v ניתן לתאר באמצעות הנוסחה: E_k=\frac{1}{2}{mv^2}.
דוגמאות וסוגי משנה של אנרגיה קינטית:
  • אנרגיה פוטנציאלית היא אנרגיה המשויכת למערכת המצויה במצב מסוים ואשר לא יכולה לעבור למצב אחר תוך שחרור אנרגיה קינטית.
דוגמאות וסוגי משנה של אנרגיה פוטנציאלית:

מסה - על פי תורת היחסות, האנרגיה והמסה שקולים. מסתו של גוף תלויה באנרגיה שלו ושל כל מי שמסביבו. שינויים באנרגיה הפנימית של חלקיק יתבטאו כהפרש במסתו. תופעה זו משמעותית בתהליכים גרעיניים, בהם ניתן לחזות את האנרגיה שתשתחרר על ידי השוואת מסות הגרעינים המשתתפים בתהליך, ולפי נוסחתו של איינשטיין, E=mc2.

חוקי התרמודינמיקה[עריכת קוד מקור | עריכה]

באנרגיה שולטים חוקי התרמודינמיקה:

  • החוק השני של התרמודינמיקה טוען כי רמת האנטרופיה במערכת סגורה אינה יכולה לקטון. פירושו המעשי של החוק הוא שלא ניתן לנצל את כל האנרגיה הזמינה - לא ניתן לחמם עצם חם על חשבון החום האגור בעצמים קרים יותר, ללא השקעת אנרגיה.

לחוקים אלו השלכות מרחיקות לכת בדבר זמינות האנרגיה לצרכים מעשיים, ובמהלך ההיסטוריה, אנשים שונים ניסו לבנות מכונות נצח - מכונות המפיקות אנרגיה רבה יותר מזו שהושקעה בהפעלתם. ניסיון זה מעולם לא צלח וקיומן של מכונות אלו עומד בניגוד לעקרונות פיזיקליים בסיסיים.

אנרגיה כיכולת לבצע עבודה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אנרגיה היא רק אחד מהגדלים שמגדירים מצב של מערכת. מדדים נוספים הם למשל מסה, טמפרטורה, נפח או לחץ. כאמור, האנרגיה לובשת צורות שונות שניתנות להמרה זו בזו. החוק הראשון של התרמודינמיקה, חוק שימור האנרגיה, קושר בין האנרגיה הכוללת של המערכת (או הגוף) לבין החום והעבודה שניתן לקבל מאנרגיה זו: \ \Delta E=Q+W. כאשר מעוניינים להסיק את הבית, שואפים ליצירת חום מרבי, ואילו כאשר מעוניינים בהנעת מכונית, למשל, שואפים לעבודה מרבית. מתוך החוק הראשון והשני של התרמודינמיקה נובע כי רק חלק מן האנרגיה יכול להפוך לעבודה, בהתאם לנצילות הפקתה.

ביצוע עבודה גורם להמרת סוג אחד של אנרגיה לסוגים אחרים. למשל: כאשר מים זורמים ממקום גבוה למקום נמוך הם מבצעים עבודה.

חום[עריכת קוד מקור | עריכה]

אנרגיית החום (אנרגיה תרמית) של חומר כלשהו, היא האנרגיה הקינטית של המולקולות של אותו חומר. ככל שמהירות התנועה הממוצעת של המולקולות גבוהה יותר - הטמפרטורה הנמדדת תהיה גבוהה יותר. לכל גוף הנמצא בטמפרטורה הגבוהה מהאפס המוחלט יש אנרגיה קינטית של המולקולות, והיא פרופורציונית לטמפרטורה.

חום הוא תופעה המבטאת אנרגיה לא מסודרת. כאשר אנרגיה מומרת לצורה לא מסודרת, מופק חום. על פי חוקי התרמודינמיקה, בעת ביצוע עבודה מתפתח לעתים חום. לרוב מתייחסים לאנרגיית חום זו כאנרגיה שאבדה, כלומר לא נוצלה כאנרגיה מכנית יעילה. במכניקה מתייחסים לחיכוך כאל הגורם העיקרי ליצירת חום.

יחידות מידה לאנרגיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

במערכת היחידות SI, יחידת המידה של אנרגיה חד קלרית היא ג'אול (J), כאשר ג'אול אחד היא האנרגיה הקינטית של מערכת שמסתה שני קילוגרם והיא נעה במהירות של מטר אחד בשנייה. כמו כן, ניתן להגדיר ג'אול אחד כעבודה שמבצע כוח של ניוטון אחד לאורך מטר אחד. בנוסף, ניתן להשתמש ביחידות של אלקטרון וולט (eV). אלקטרון וולט הוא האנרגיה הקינטית שמקבל אלקטרון כאשר הוא מואץ בהפרש מתחים של וולט אחד. 1eV \approx 1.6\times10^{-19}J. בתיאור תהליכים גרעיניים יחידה שימושית היא מגה אלקטרון וולט: \ MeV = 10^6eV.

יחידות מידה נוספות לאנרגיה הן: קלוריה וארג.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]