Entä materiaalien sisältämä energia?

Se materiaalien energia, Makroskooppisella tasolla se hajoaa joillakin seuraavilla tavoilla: lämpö-, kemiallinen tai ydin. Materiaali voi vapauttaa tai absorboida joitain tämäntyyppisiä energiaa vuorovaikutuksessa muiden materiaalien kanssa.

Vapautettua energiaa voidaan käyttää jonkin tyyppisen työn suorittamiseen, kuten ajoneuvon siirtämiseen, lampun valaistukseen, raketin lisäämiseen, sähkövirran tuottamiseen ja moniin muihin töihin. 

Tämän vuoksi väitetään, että kehon energia on sen kyky tehdä työ tai että energia voidaan muuttaa työksi.

Perustasolla, toisin sanoen molekyyli- ja atomi -asteikolla, aineen sisältämä energia on kineettinen energia, potentiaalinen energia ja energia, joka sisältyy atomin ydinosien massaan.

Lämpöenergia

Lämpöenergia on kineettisen energian makroskooppinen ekspressio tai atomien liikkeen energia, joka muodostavat materiaalin.

Esimerkiksi kaasussa molekyylejä voidaan siirtää sen sisälle, joten niillä on translaatio kineettinen energia. Kaikkien materiaalien muodostavien hiukkasten kineettisen energian summa on sen lämpöenergia.

Tälle energialle on tunnusomaista makroskooppinen määrä, jota kutsutaan lämpötila, Suhteessa materiaalin muodostavien hiukkasten kineettisen energian keskiarvoon.

Kun kaksi materiaalia on kosketuksessa, lämpöenergian liikenne on korkeampi lämpötila alhaisimpaan lämpötilaan. Tämä ilmiö selitetään mikroskooppisella tasolla nopeimpien hiukkasten kineettisen energian siirrona hitaimpaan.

Kahden kosketuksessa olevien materiaalien lämpöenergiaa kutsutaan lämmitys.

Höyrykone

Lämmittämällä vettä höyrykattilasta, lämpöenergia siirretään hiilen palavan liekistä veteen, mikä tuottaa vesihöyryä korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa, koska kattila on käytännöllisesti katsoen ilma -aidan hermeettinen säiliö.

Voi palvella sinua: mikä on geoidi?

Lämpöenergia pystyy suorittamaan mekaanista työtä. Esimerkiksi, kun kattilan kuuma höyry siirretään sylinteriin liikkuvalla männällä, höyryhiukkaset painostavat sitä, liikuttaen sitä.

Jos mäntä on kytketty pyörään kytkentätangolla, sama kierretään. Tämä on vanhojen höyryveturien toimintaperiaate, jotka käyttävät vesihöyryn lämpöenergiaa veturin siirtämiseen, mikä puolestaan ​​siirtyy juna -autoihin. 

Kemiallinen energia

Materiaalin molekyylit muodostavat atomiyhteyksiin tallennettu potentiaalienergia. Sen alkuperä on sähkömagneettinen, lähinnä kuormitusten välisen sähköstaattisen vuorovaikutuksen vuoksi.

Kun nämä sidokset tai siteet murtuu kemiallisella reaktiolla, kussakin molekyylissä vapautuvasta potentiaalienergiasta tulee sen ainesosien kineettinen energia. Tällä tavoin eksotermiset kemialliset reaktiot vapauttavat kemiallista energiaa sen muuttamiseksi lämpöenergiaksi.

Poltto on kemiallinen reaktio, jossa tietty aine, jota kutsutaan polttoaine, Se yhdistetään happea, mikä tuottaa linkkien rikkoutumisen ja muodostaa uusia yhdisteitä. Prosessissa vapautuu polttoainemolekyylien kunkin sidoksen potentiaalinen energia, mikä aiheuttaa tuloksena olevat molekyylit kineettisen energian hankkimisen.

Yhdessä palamistuotteissa on enemmän lämpöenergiaa kuin polttoaine ja happi ennen palamista.

Polttomoottorit ja kemiallinen energia

Jälleen, koska palamistuotteilla on korkea lämpötila ja korkea paine, niitä voidaan käyttää polttomoottorin mäntien siirtämiseen. Ja polttoaineen kemiallisen energian vapautumisen seurauksena moottori toimii työn suorittamiseen, kuten auton aloittaminen.

Paristot ja kemialliset energiat

Toinen esimerkki kemiallisesta energiasta on akut, joissa elektronit vapautuvat kemiallisten reaktioiden ansiosta. Nämä puolestaan ​​liikkuvat ulkoisen kuljettajan läpi ja tekevät työn, esimerkiksi siirrä sähkömoottoria.

Voi palvella sinua: sähkömagneetti: koostumus, osat, miten se toimii ja sovellukset

Kaikki osoittaa, että tulevaisuuden autot ovat sähköisiä, mutta takana.

Ydinenergia

Albert Einstein osoitti, että materiaalia, pelkästään massan tosiasiasta, vaikka se olisi levossa, sisältää valtavan määrän energiaa. Tämä tosiasia ilmenee kuuluisassa yhtälössä:

Missä m on massa, c Valon nopeus tyhjyydessä ja materiaalipala sisältävä energia.

Se on vastaavuus massan ja energian välillä, joten materiaalin massasta voi tulla energiaa ja päinvastoin. Esimerkiksi hajottamalla kokonaan 1 g ainetta, energia, joka vastaa:

E = 1 g x (300.000 km/s)² = 0,001 kg x (3 x 10⁸ neiti)² = 9 x 10¹³ Joules = 20 kilotonia.

Energia, joka vastaa sitä, että se vapautettiin kaksikymmentätuhatta tonnia TNT: tä. Tällä energiamäärällä, hallitulla tavalla, ilma -aluksen kantoaaltoa voitaisiin mainostaa kääntämään maata useita kertoja.

Myös valtava määrä energiaa sähkömagneettisen säteilyn muodossa vapautuu, ts.

Materiaalin massa sisältyy 99,99%: iin mainitun materiaalin muodostavien atomien ytimessä. Atomin massa on pääasiassa voimakkaan ydinvuorovaikutuksen potentiaalinen energia, joka pitää protonit ja neutronit yhdessä ytimessä.

Kun tämä rikkoo "Ydinlinkki", Pommittamalla energiahiukkasia tai kahden coren törmäyksen kautta vapautuu suuri määrä energiaa, jotta ydinreaktiossa pienen osan massan menetyksestä.

Voi palvella sinua: Akuutt äänet: Ominaisuudet ja esimerkit

Ydinfuusio

Tähtien sisällä kuin aurinko, ydinfuusioreaktiot tapahtuvat. Siellä korkeiden lämpötilojen takia vety- ja deuterium -atomiydämet erotetaan elektroneista ja liikkuvat erittäin suurilla nopeuksilla. 

Toisaalta tähtien sisällä olevien kolosiaalisten paineiden takia ytimet ovat hyvin lähellä toisiaan ja etuosan todennäköisyys kahden vety ytimen välillä on melko korkea.

Ytimien erittäin korkea kineettinen energia törmäyksessä voittaa sähköstaattisen torjumisen, mikä tekee ytimistä lähestymistavan niin paljon, että erittäin lyhyt vahva ydinvoima toimii ja pitää ne yhdessä, muodostaen suuremman ytimen.

Tässä kahden vety ytimen sitoutumisprosessissa helium ytimen muodostamiseksi osa massasta menetetään. Tämä tarkoittaa, että fuusiolla muodostuva heliumin ydin on kevyempi kuin sen alkuperäisten aineosien summa.

Se johtuu tosiasiasta, että osaa alkuperäisestä massasta käytettiin ydinlinkkienergiaan ja toinen vapautui reaktiosta johtuvien neutronien ja fotonien kineettisenä energiana. Siksi ydinfuusiossa vapautuva energia johtuu massan menetyksestä reaktiossa ja sen myöhempi muuntaminen energiaksi.

Ydinsuunta

Tätä kutsutaan prosessille, jolla raskas ydin on jaettu kahteen kevyempaan ytimeen, koska tapahtuva neutron on nopea nopeus.

Prosessissa Massan menetys, koska tuloksena olevien ytimien massojen summa on pienempi kuin alkuperäisen ytimen massa.

Tämä menetetty massa muuttuu tuloksena olevien ytimien (lämpöergia) ja säteilyn kineettiseksi energiaksi. Tällä tavalla atomipommi ja uraani ydinpumppu vapauttavat aineen energian.