A čo energia obsiahnutá v materiáloch?

Ten energia obsiahnutá v materiáloch, Na makroskopickej úrovni sa rozkladá niektorými z nasledujúcich spôsobov: tepelná, chemická alebo jadrová. Materiál môže pri interakcii s inými materiálmi uvoľniť alebo absorbovať niektoré z týchto typov energie.

Uvoľnená energia sa dá použiť na vykonávanie nejakého druhu práce, ako je pohyb vozidla, osvetlenie lampy, zvýšenie rakety, výroba elektrického prúdu a mnoho ďalších druhov práce. 

Z tohto dôvodu sa tvrdí, že energia tela je jej schopnosť vykonávať prácu alebo že energia sa dá zmeniť na prácu.

Na základnej úrovni, tj v molekulárnej a atómovej stupnici, je energia obsiahnutá v hmote kinetická energia, potenciálna energia a energia obsiahnutá v hmotnosti jadrových zložiek atómu.

Termálna energia

Tepelná energia je makroskopická expresia kinetickej energie alebo pohybová energia atómov, ktoré tvoria materiál.

Napríklad v plyne sa môžu molekuly pohybovať vo vnútri, takže majú translačnú kinetickú energiu. Súčet kinetickej energie všetkých častíc, ktoré tvoria materiál, je jeho tepelná energia.

Táto energia je charakterizovaná prostredníctvom makroskopického množstva nazývaného teplota, úmerná priemernej hodnote kinetickej energie častíc, ktoré tvoria materiál.

Keď sú v kontakte dva materiály, existuje prevádzka tepelnej energie, ako má vyššiu teplotu na najnižšiu teplotu. Tento jav je vysvetlený na mikroskopickej úrovni ako prenos kinetickej energie najrýchlejších častíc na najpomalšie.

Tepelná energia v tranzite, dvoch materiálov v kontakte, sa nazýva zahrievať.

Parný stroj

Zahrievanie vody z parného kotla sa tepelná energia prenáša z plameňov spaľovacieho uhlia do vody, čím sa vytvára vodná pary pri vysokom teplote a vysokom tlaku, pretože kotol je prakticky hermetická nádoba.

Môže vám slúžiť: Čo je to geoid?

Tepelná energia je schopná vykonávať mechanickú prácu. Napríklad, keď sa horúca para v kotle odovzdáva do valca s mobilným piestom, parné častice na ňu vyvíjajú tlak a pohybujú sa.

Ak je piest spojený s kolesom pomocou spojovacej tyče, to isté sa otáča. Toto je princíp prevádzky starých parných lokomotív, ktoré využívajú tepelnú energiu vodnej pary na pohyb lokomotívy, ktorá sa zase presúva do vlakových automobilov. 

Chemická energia

Je to potenciálna energia uložená v atómových väzbách, ktoré tvoria molekuly materiálu. Jeho pôvod je elektromagnetický, najmä v dôsledku elektrostatickej interakcie medzi zaťaženiami.

Ak sú tieto väzby alebo väzby prerušené chemickou reakciou, potenciálna energia uvoľnená v každej molekule sa stáva kinetickou energiou jej zložiek. Týmto spôsobom exotermické chemické reakcie uvoľňujú chemickú energiu, aby sa zmenila na tepelnú energiu.

Spaľovanie je chemická reakcia, pri ktorej sa určitá látka nazýva palivo, Kombinuje sa s kyslíkom, vytvára rozbitie spojení a tvorí nové zlúčeniny. V tomto procese sa uvoľní potenciálna energia každej väzby molekúl paliva, čo spôsobuje, že výsledné molekuly získavajú kinetickú energiu.

Produkty spaľovania majú pred spaľovaním viac tepelnej energie ako palivo a kyslík.

Motory s vnútorným spaľovaním a chemická energia

Keďže produkty spaľovania majú vysoký teplotu a vysoký tlak, môžu sa použiť na presun piestov vnútorného spaľovacieho motora. A v dôsledku uvoľnenia chemickej energie paliva motor pracuje na vykonávaní práce, napríklad naštartovanie automobilu.

Batérie a chemická energia

Ďalším príkladom chemickej energie sú batérie, v ktorých sa elektróny uvoľňujú vďaka chemickým reakciám. Tieto sa zase presúvajú cez externý vodič a robia úlohu, napríklad presuňte elektrický motor.

Môže vám slúžiť: Electromagnet: Zloženie, časti, ako to funguje a aplikácie

Všetko naznačuje, že automobily budúcnosti budú elektrické, ale vzadu.

Jadrová energia

Albert Einstein ukázal, že kúsok materiálu, pre samotnú skutočnosť, že má hmotnosť, aj keď je v pokoji, obsahuje obrovské množstvo energie. Táto skutočnosť sa prejavuje v slávnej rovnici:

Kde m je hmotnosť, c Rýchlosť svetla v prázdnote a energiu obsiahnutá v kuse materiálu.

Je to ekvivalencia medzi hmotnosťou a energiou, preto sa hmotnosť materiálu môže stať energiou a naopak. Napríklad tým, že sa úplne rozpadne 1 g hmoty, energetika ekvivalentná:

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

Energia rovnocenná s výrobou uvoľnenou pri výbuchu dvadsaťtisíc ton TNT. Týmto množstvom energie, kontrolovaným spôsobom, mohol byť lietadlový nosič povýšený na to, aby niekoľkokrát otočil Zem.

Uvoľnilo by sa aj obrovské množstvo energie vo forme elektromagnetického žiarenia, to znamená svetlo.

Hmotnosť materiálu je obsiahnutá v 99,99% v jadre atómov, ktoré tvoria uvedený materiál. Hmotnosť atómu je hlavne potenciálna energia silnej jadrovej interakcie, ktorá udržuje protóny a neutróny spolu v jadre.

Keď sa to zlomí „Jadrové spojenie“, Bombardovaním energetických častíc alebo dvoma zrážkami, uvoľňuje sa veľké množstvo energie na stratu malej frakcie hmoty v jadrovej reakcii.

Môže vám slúžiť: Akútne zvuky: Charakteristiky a príklady

Jadrová fúzia

V hviezdach ako slnko sa vyskytujú reakcie jadrovej fúzie. Tam, kvôli vysokým teplotám, sú atómové jadrá vodíka a deutéria oddelené od elektrónov a pohybujú sa pri veľmi vysokých rýchlostiach. 

Na druhej strane, kvôli kolosálnym tlakom vo vnútri hviezd, sú jadrá veľmi blízko seba a pravdepodobnosť čelného šoku medzi dvoma vodíkovými jadrami je pomerne vysoká.

Veľmi vysoká kinetická energia jadier pri zrážke prekonáva elektrostatický odpor, čím sa jadrá priblížia natoľko, že veľmi krátka silná jadrová sila pôsobí a udržuje ich pohromade a vytvára väčšie jadro.

V tomto procese väzby alebo fúzie dvoch jadier vodíka za vzniku jadra hélia sa stratí časť hmoty. To znamená, že jadro hélia tvorené fúziou je ľahšie ako súčet pôvodných zložiek.

Je to kvôli skutočnosti, že časť počiatočnej hmoty sa použila na energiu jadrového spojenia a ďalšia bola uvoľnená ako kinetická energia z neutrónov a fotónov vyplývajúcich z reakcie. Preto energia uvoľnená v jadrovej fúzii pochádza zo straty hmotnosti v reakcii a jej následnej premene na energiu.

Jadrová fáza

Toto sa nazýva proces, ktorým je ťažké jadro rozdelené do dvoch ľahších jadier, kvôli zrážke incidentu neutrón s vysokou rýchlosťou.

V tomto procese strata hmotnosti, pretože súčet hmotnosti výsledných jadier je menší ako hmotnosť pôvodného jadra.

Táto stratená hmota sa transformuje na kinetickú energiu výsledných jadier (termonukleárna energia) a žiarenie. Takto uvoľňujú atómovú bombu a jadrové čerpadlo uránu energiu hmoty.