אנרגיה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

ברק הינו התמוטטות חשמלית של האוויר בידי שדה חשמלי חזק שהופך לזרם של אנרגיה. האנרגיה החשמלית הפוטנציאלית באטמוספירה משתנה לחום, אור ורעש, שהן צורות אחרות של אנרגיה.

בפיזיקה, אנרגיה היא גודל פיזיקלי סקלרי, שמציין את כמות העבודה שיכולה להיעשות על ידי כוח, המסייע בפתרון בעיות בכל תחומי הפיזיקה. את האנרגיה ניתן לחלק לשני סוגים עיקריים, אנרגיה פוטנציאלית שמייצגת אנרגיה אצורה במערכת, ואנרגיה קינטית הקשורה לתנועת הגופים במערכת. 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 '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.

[עריכה] צורות שונות של אנרגיה

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: .

דוגמאות וסוגי משנה של אנרגיה קינטית:

• • אנרגיית חום - האנרגיה הקינטית של המולקולות בחומר.
  • אנרגיה של זרם חשמלי - אנרגיה קינטית של האלקטרונים בחומר.
  • אנרגיה של קרינה אלקטרומגנטית - האנרגיה הקינטית של הפוטונים.
  • אנרגיה של קול (אנרגיה אקוסטית), זו האנרגיה הקינטית של המולקולות המתנודדות כתוצאה ממעבר גל קול.

• אנרגיה פוטנציאלית היא אנרגיה המשויכת למערכת המצויה במצב מסוים ואשר יכולה לעבור למצב אחר תוך שחרור אנרגיה קינטית.

דוגמאות וסוגי משנה של אנרגיה פוטנציאלית:

• • אנרגיה כתוצאה מפעולת כוח הכובד - נובעת מהמיקום של הגוף בשדה כבידה.
  • אנרגיה פוטנציאלית אלסטית (עבור קפיץ מתוח וכו').
  • אנרגיה חשמלית - אנרגיה אצורה הנובעת מפעולת האינטראקציה האלקטרומגנטית.
  • אנרגיה כימית - אנרגיה חשמלית שאצורה בקשרים הכימיים בין האטומים והמולקולות.
  • אנרגיה גרעינית - אנרגיה האצורה בגרעיני האטומים, על פי העיקרון של הכוח הגרעיני החזק, שגורם למרכיבי הגרעין להיות קשורים.

מסה - על פי תורת היחסות, האנרגיה והמסה שקולים. מסתו של גוף תלויה באנרגיה שלו. 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.

[עריכה] חוקי התרמודינמיקה

באנרגיה שולטים חוקי התרמודינמיקה:

• החוק הראשון של התרמודינמיקה, הכללה של חוק שימור האנרגיה, קובע כי במערכת סגורה, רמת האנרגיה הכללית נשמרת.

• 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.

[עריכה] אנרגיה כיכולת לבצע עבודה

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: . 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.

[עריכה] חום

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.

[עריכה] יחידות מידה לאנרגיה

במערכת היחידות SI, יחידת המידה של אנרגיה 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. . בתיאור תהליכים גרעיניים יחידה שימושית היא מגה אלקטרון וולט: .

יחידות מידה נוספות לאנרגיה הן: קלוריה וארג.

[עריכה] ראו גם

• אנטרופיה
• אנתלפיה
• עבודה (פיזיקה)
• אנרגיה חלופית
• אנרגיה מתחדשת
• אנרגיית רוח
• אנרגיה גאותרמית
• אנרגיה גרעינית
• אנרגיה רדיואקטיבית

[עריכה] קישורים חיצוניים

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: אנרגיה

• רמי אריאלי, אנרגיה בהיבט רב תחומי, אתר מכון ויצמן
• רמי אריאלי, אנרגיה איננה הכושר לעשות עבודה, אתר מכון ויצמן
• יורם אורעד, בעין האנרגיה
• צמ"ד אונליין - מאגר מדע: אנרגיה מצגת עם הסברים.