Всегда сохраняется, энергия просто переходит из одной формы в другую
⏸ Послушайте эту статью
Это история, написанная человеком и озвученная искусственным интеллектом. Есть отзывы? Примите участие в нашем опросе. (Смотрите нашу политику в области искусственного интеллекта здесь.)
Прыгающий мяч в конце концов остановится. После долгого дня скроллинга батарея телефона сядет. В конце концов, каждый костер в лагере перегорает. В каждом случае кажется, что какая-то часть энергии исчезла. За исключением того, что это невозможно — даже немного. Закон физики запрещает это.
«Энергия никогда не может ни исчезать, ни появляться», — объясняет Криста Фриман. Она физик и работает в Университете Кейс Вестерн Резерв в Кливленде, штат Огайо. Там она использует физику для изучения живых организмов, таких как вирусы.
”Вы не можете это создать, но и не можете это уничтожить», — говорит она об энергетике. Она “может быть преобразована только из одной формы в другую». Это известно как закон сохранения энергии.
Это краеугольный камень науки, он применим ко всему, от взрывающихся звезд до каждой клетки вашего тела.
Здесь мы объясняем, почему он не может исчезнуть, когда разрядится ваш телефон или угли в костре окончательно остынут.
Что такое энергия?
Словарь Мерриама-Вебстера определяет энергию как что-либо от “энергичного напряжения ” до “способности действовать или быть активным.” Это довольно странно. Но в физике термин «энергия» означает нечто вполне конкретное и поддающееся измерению. Он просто означает способность выполнять работу.
Энергия — это то, что позволяет автомобилю двигаться, лампочке гореть или вашим мышцам поднимать рюкзак. Без энергии ничто во Вселенной не могло бы изменяться или двигаться.
Энергия может существовать в виде света, тепла, звука, движения и даже положения объекта. Думайте об этом как о деньгах. У вас могут быть наличные в кошельке, подарочная карта или приличный баланс на каком-нибудь банковском счете. Это все деньги, просто в разных формах.Энергия работает таким же образом.
Пояснение: Кинетическая и потенциальная энергия
Движущийся скейтборд обладает кинетической энергией — энергией движения. Книга, стоящая на полке, обладает потенциальной энергией из-за своей высоты. (Она может упасть с полки, превратив энергию, накопленную на ее высоте, в кинетическую энергию.) Страницы книги, даже лежащие на земле, обладают энергией; они могут разжечь огонь. Наше солнце излучает энергию в виде тепла и света. Звук из динамика вашего телефона передается энергетическими волнами.
Энергию можно накапливать не только откладывая деньги в банке на потом. Аккумуляторы, как и продукты питания, накапливают химическую энергию. Ваше тело накапливает энергию в жировых клетках для последующего использования.
Таким образом, энергия окружает вас повсюду — в движении, тепле, звуке, свете, содержится в пище и топливе. Но вот в чем загадка: когда катящийся шарик останавливается или садится батарейка, куда уходит вся эта энергия?
Энергия, которая следует за прыгающим мячом
никуда не уходит. Она просто трансформируется.”Возьмите этот мяч. “ Когда мы видим, что мяч перестает подпрыгивать, легко подумать, что энергия, которой он обладает, исчезла», — говорит Фриман. Но это ошибка, — добавляет она. “Энергия никогда не может ни исчезнуть, ни появиться.»На самом деле происходит то, что энергия преобразуется из потенциальной в кинетическую, в энергию трения, или тепло. Давайте разберем это подробнее.
Мяч падает с высоты. Пока мяч находится высоко, он обладает потенциальной энергией, обусловленной его положением. Но когда сила тяжести тянет его вниз, эта потенциальная энергия преобразуется в энергию движения.
Когда мяч ударяется о тротуар, его кинетическая энергия распадается. Что-то превращается в звуковую энергию, которую вы слышите как резкий удар. Что-то поглощается землей в виде тепла. Но мяч не останавливается сразу. Часть его кинетической энергии остается, отбрасывая его обратно вверх. Он поднимается, но не так высоко, как раньше, потому что у него больше нет энергии, которая была преобразована в звук и тепло. При меньшем количестве энергии отскок не может продвинуть мяч так далеко вверх.
Мяч падает и снова отскакивает. Каждый раз, когда он ударяется о землю, все больше его энергии преобразуется в звук и тепло. В конце концов, вся его первоначальная потенциальная энергия преобразуется в тепло и звук. Это позволяет мячу катиться до полной остановки.
На каждом этапе энергия преобразуется из одного вида в другой, распространяясь по земле в виде тепла, а в воздухе — в виде звуковых волн.
Универсальный закон
Физический закон сохранения энергии гласит, что энергия может менять форму. Ее просто невозможно создать или уничтожить.
«Сохранение энергии так важно для науки, потому что это единственное, что всегда верно в мире, каким мы его воспринимаем», — говорит Фримен. «Это в равной степени относится и к слону, и к муравью.”
И это проявляется повсюду. Рассмотрим термоядерные реакции, которые питают энергией Солнце и другие звезды. Здесь два атома соединяются, образуя атом большего размера, в процессе чего выделяется энергия.»В случае термоядерного синтеза вы фактически получаете энергию от ядерных связей, которые являются [очень прочными]», — объясняет Ури Шумлак. Он стал одним из основателей Zap Energy в Эверетте, штат Вашингтон. Эта компания разрабатывает термоядерный синтез как потенциальный источник энергии.Ядерные связи — это силы, которые удерживают атомы вместе. Эти связи накапливают огромное количество энергии. Например, когда атомы водорода соединяются с гелием, часть энергии атомов водорода будет излучаться в виде света и тепла.
Если вы зажгли обычную деревянную спичку и кусочек термоядерного топлива размером со спичку По словам Шумлака, термоядерное топливо выделило бы примерно в 10 миллионов раз больше энергии, чем спичка.Термоядерный синтез может поддерживать постоянное излучение звездой света и тепла в течение миллиардов лет. Вот почему термоядерная энергия так интересует ученых. Если бы ее можно было контролировать на Земле, небольшие объемы топлива могли бы обеспечивать энергией целые города.
Что означает использование энергии
Большая часть путаницы, связанной с энергией, возникает из-за того, как мы все используем ее в повседневной жизни. Мы все привыкли использовать этот термин в очень ненаучном смысле. Неправильно говорить, что батареи “разряжаются” или что электростанции “вырабатывают” энергию. Эти фразы не совсем точно описывают происходящее.
“Разряженная” батарея больше не работает, поскольку накопленная в ней химическая энергия преобразуется в тепло и электричество. Это электричество питает ваш телефон. Точно так же, когда мы говорим, что электростанции «генерируют» энергию, это не значит, что она создается на пустом месте. Вместо этого электростанции преобразуют энергию из твердого вещества — обычно ископаемого топлива (такого как уголь) или урана (радиоактивного элемента) — в тепло и свет. Это тепло затем приводит в действие турбину, которая преобразует механическую энергию в поток электронов — электричество.
Это приводит к еще одному неправильно понятому термину: возобновляемая энергия.
У вас есть научный вопрос? Мы можем помочь!
Отправьте свой вопрос здесь, и мы, возможно, ответим на него в следующем выпуске Science News Исследует
“Возобновляемые источники энергии не являются’»на самом деле это научный термин», — объясняет Шумлак. “Что касается Вселенной, то вся энергия сохраняется”. Таким образом, в некотором смысле все это возобновляемо.
Мы используем термин «возобновляемая энергия» для обозначения источников энергии, которые фактически не иссякнут (по крайней мере, на протяжении жизни человечества). Это делает солнечную, ветровую, геотермальную и гидроэнергетическую энергию практически неограниченными ресурсами.
”Такие слова, как возобновляемые, устойчивые, зеленые или чистые, означают несколько разные вещи», — говорит Шумлак. Тем не менее, они “исходят из идеи, что люди будут существовать дольше и жить лучше, если мы сможем найти способы [использования источников энергии], которые будут оказывать менее пагубное воздействие на планету».”
