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 לסווג לכמה מחלקות עיקריות, אנרגיה פוטנציאלית שהיא אנרגיה אצורה במערכת, אנרגיה קינטית הקשורה לתנועת גופים, ואנרגיה של שדות, שהיא אנרגיה הקשורה בקיומם של שדות-כח, למשל שדה אלקטרומגנטי או שדה כבידה. אנרגיה יכולה לעבור מגוף אחד לשני וללבוש צורות שונות, אולם חוק שימור האנרגיה קובע שסכום האנרגיה של כל הגופים והשדות 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.

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]

ניתן לסווג את האנרגיה לכמה מחלקות 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:
  • אנרגיה של שדות - הדוגמה הנפוצה ביותר של אנרגיה כזו היא אנרגיה של שדות אלקטרומגנטיים. מערכת של חלקיקים טעונים חשמלית ושדות מכילה אנרגיה גם בחלקיקים (אנרגיה במסה ואנרגיה קינטית) וגם בשדות האלקטרומגנטיים עצמם. פעולתם של כוחות אלקטרומגנטיים מעבירה אנרגיה בין החלקיקים לשדות ולהיפך.
  • מסה - על פי תורת היחסות, יש אנרגיה האצורה במסה של חלקיקים. יתרה מזאת, מסתו של גוף המורכב מחלקיקים רבים, אינה פשוט סכום המסות של מרכיביו, אלא היא תלויה באנרגיה שלו. לפיכך, שינויים באנרגיה הפנימית של גוף 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.אף על פי כן, חשוב להבין כי המסה אינה אנרגיה - אך יש אנרגיה הקשורה במסה (באופן דומה לכך שמהירות אינה אנרגיה, אך יש אנרגיה הקשורה במהירות - אנרגיה קינטית).

פגם אחד בחלוקה הזו הוא, שאנרגיה של שדות ואנרגיה פוטנציאלית הן לעתים אותו הדבר (למשל במקרה של האנרגיה של גופים טעונים במצב אלקטרוסטטי), ולמעשה מהוות נקודות מבט שונות על אותו מצב פיזיקלי.

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 שדה כבידה גורם לגוף ליפול, הוא ממיר את האנרגיה הפוטנציאלית הכובדית של הגוף באנרגיה קינטית.

חום[עריכת קוד מקור | עריכה]

המושג חום מתאר מעבר של אנרגיה מגוף אחד למשנהו, המתבצע דרך מספר גדול של תנועות מיקרוסקופיות אקראיות. מעבר חום בדרך כלל גורם לשינויים בטמפרטורה, על פי חוקי התרמודינמיקה. החום אינו צורת אנרגיה נפרדת. כדוגמה פשוטה, כאשר גז אידאלי מתחמם מעל להבה, כלומר הטמפרטורה שלו עולה, האנרגיה הקינטית של סך החלקיקים המהווים את הגז, עולה. מאחר שאת אותו אפקט ניתן להשיג על ידי דחיסה מכנית של הגז, כלומר ללא מעבר חום, ברור שאין טעם לחשוב על "החום שבתוך הגז". בשני המקרים האנרגיה של הגז היא קינטית, ובשני המקרים היא גודלת. ההבדל הוא באופן שבו מתרחש מעבר האנרגיה לתוך הגז.

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]