Kaj pa energija v materialih?

The energija, ki jo vsebuje materiala, Na makroskopski ravni je razčlenjen na nekatere naslednje načine: termični, kemični ali jedrski. Material lahko pri interakciji z drugimi materiali sprosti ali absorbira nekatere od teh vrst energije.

Sproščeno energijo lahko uporabite za izvajanje neke vrste dela, na primer premikanje vozila, osvetlitev svetilke, povečanje rakete, proizvodnjo električnega toka in številnih drugih vrst dela. 

Zaradi tega se trdi, da je energija telesa njegova sposobnost opravljanja dela ali da se energija lahko spremeni v delo.

Na temeljni ravni, torej na molekularni in atomski lestvici, je energija, ki jo vsebuje zadevo.

Termalna energija

Toplotna energija je makroskopska ekspresija kinetične energije ali gibalna energija atomov, ki sestavljajo material.

Na primer, v plinu lahko molekule premaknete v njem, tako da imajo translacijsko kinetično energijo. Vsota kinetične energije vseh delcev, ki sestavljajo material, je njegova toplotna energija.

Ta energija je značilna z makroskopsko količino, imenovano temperatura, sorazmerno s povprečno vrednostjo kinetične energije delcev, ki sestavljajo material.

Ko sta dva materiala v stiku, obstaja promet toplotne energije, kot ima višjo temperaturo do najnižje temperature. Ta pojav je na mikroskopski ravni razložen kot prenos kinetične energije najhitrejših delcev na najpočasnejše.

Termična energija v tranzitu, dveh materialov v stiku, se imenuje toplota.

Parni motor

Ogrevanje vode iz parnega kotla se toplotna energija prenaša iz plamena kurjenega premoga v vodo, tako da nastane vodna para pri visoki temperaturi in visokem tlaku, ker je kotlov praktično zračno hermetična posoda.

Toplotna energija je sposobna izvajati mehansko delo. Na primer, ko vroče pare kotla prenesete na valj z mobilnim batom, parni delci pritiskajo nanj in ga premikajo.

Če je bat povezan s kolesom s pomočjo priključne palice, je isto zasukano. To je načelo delovanja starih parnih lokomotiv, ki za premikanje lokomotive s toplotno energijo vodne para, ki se nato premakne na vlakne avtomobile. 

Kemična energija

Možna energija, shranjena v atomskih povezavah, sestavlja molekule materiala. Njegov izvor je elektromagnetni, predvsem zaradi elektrostatične interakcije med obremenitvami.

Ko te vezi ali kravate prekinejo s kemično reakcijo, potencialna energija, ki se sprosti v vsaki molekuli, postane kinetična energija njegovih sestavin. Na ta način eksotermične kemične reakcije sproščajo kemično energijo, da jo spremenijo v toplotno energijo.

Izgorevanje je kemična reakcija, v kateri se imenuje določena snov gorivo, V kombinaciji je s kisikom, ki ustvarja razbijanje povezav in tvori nove spojine. V tem procesu se sprosti potencialna energija vsake vezi molekul goriva, zaradi česar so nastale molekule pridobile kinetično energijo.

Skupaj imajo zgorevalni izdelki večjo toplotno energijo kot gorivo in kisik pred zgorevanjem.

Motorji z notranjim zgorevanjem in kemična energija

Ker imajo izdelki iz zgorevanja visoko temperaturo in visok tlak, jih lahko uporabimo za premikanje batov motorja z notranjim zgorevanjem. In kot rezultat sproščanja kemične energije goriva, motor deluje pri opravljanju dela, kot je zagon avtomobila.

Baterije in kemična energija

Drug primer kemične energije so baterije, v katerih se elektroni sproščajo zahvaljujoč kemičnim reakcijam. Te se nato premikajo skozi zunanji gonilnik in opravijo službo, na primer premaknite električni motor.

Vse kaže, da bodo avtomobili prihodnosti električni, a zadaj.

Nuklearna energija

Albert Einstein je pokazal, da košček materiala za samo dejstvo, da ima maso, tudi če je v mirovanju, vsebuje ogromno energije. To dejstvo se kaže v znani enačbi:

Kjer je m masa, c Hitrost svetlobe v praznini in energijo, ki jo vsebuje kos materiala.

Gre za enakovrednost med maso in energijo, zato lahko masa materiala postane energija in obratno. Na primer, s popolnoma razpadom 1 g snovi, energije, enakovredno:

E = 1G x (300.000 km/s)² = 0,001 kg x (3 x 10⁸ gospa)² = 9 x 10¹³ Joules = 20 kilotonov.

Energija, enakovredna energiji, ki je bila objavljena v eksploziji dvajset tisoč ton TNT. S to količino energije je bilo mogoče na nadzorovan način spodbujati letalski prevoznik, da bi večkrat obrnil zemljo.

Sproščena bi bila tudi ogromna količina energije v obliki elektromagnetnega sevanja, to je svetloba.

Masa materiala je v 99,99% v jedru atomov, ki sestavljajo omenjeni material. Masa atoma je predvsem potencialna energija močne jedrske interakcije, ki ohranja protone in nevtrone v jedru.

Ko se to zlomi "Jedrska povezava", Z bombardiranjem energetskih delcev ali skozi trčenje dveh stroškov se sprosti velika količina energije za izgubo majhnega deleža mase v jedrski reakciji.

Jedrska fuzija

Znotraj zvezd, kot je sonce, se pojavijo reakcije jedrske fuzije. Tam se zaradi visokih temperatur atomska jedra vodika in devterija ločijo od elektronov in se premikajo z zelo visokimi hitrostmi. 

Po drugi strani pa je jedra zaradi kolosalnih pritisk znotraj zvezd zelo blizu in verjetnost čelnega šoka med dvema vodikovih jedrima je precej visoka.

Zelo visoka kinetična energija jeder v trku premaga elektrostatično odbojnost, zaradi česar je jedra toliko pristopila.

V tem procesu vezave ali zlitja dveh vodikovih jeder, ki tvori helijev jedro, se del mase izgubi. To pomeni, da je jedro helija, ki ga tvori fuzija, lažje od vsote svojih prvotnih sestavin.

To je posledica dejstva, da je bil del začetne mase uporabljen za energijo jedrske povezave, drugo pa je bila sproščena kot kinetična energija iz nevtronov in fotonov, ki so posledica reakcije. Zato energija, ki se sprosti v jedrski fuziji, izvira iz izgube mase v reakciji in njegove poznejše pretvorbe v energijo.

Jedrska fizija

Temu pravimo postopek, s katerim je težko jedro razdeljeno na dve lažji jedri, zaradi trka incidentne nevtrone z veliko hitrostjo.

V procesu je izguba mase, saj je vsota mase nastalih jeder manjša od mase prvotnega jedra.

Ta izgubljena masa se spremeni v kinetično energijo nastalih jeder (termonuklearna energija) in sevanja. Tako je način, kako atomska bomba in uranska jedrska črpalka sproščata energijo snovi.