Energie manifesteert zich op verschillende manieren en is gerelateerd aan het vermogen om werk te produceren
Afbeelding van Federico Beccari in Unsplash
Er is geen exacte definitie voor energie, maar in de natuurkunde is het een buitengewoon belangrijk concept dat staat voor het vermogen om werk te produceren of een handeling uit te voeren. Het woord wordt ook gebruikt in andere wetenschappelijke gebieden, zoals biologie en scheikunde.
Energie speelt een essentiële rol in alle sectoren van het leven, omdat het de belangrijkste grootheid van de natuurkunde is. Levende wezens zijn afhankelijk van energie om te overleven en deze te verkrijgen via voedsel, in de vorm van chemische energie. Daarnaast ontvangen organismen ook energie van de zon.
Algemeen principe van energiebesparing
In de natuurkunde verwijst de term conservering naar iets dat niet verandert. Dit betekent dat de variabele van een vergelijking die een conservatieve grootheid vertegenwoordigt, constant is in de tijd. Bovendien zegt dit systeem dat energie niet verloren gaat, wordt gevormd en niet kan worden vernietigd: het verandert gewoon.
Voedingseenheden
De energie-eenheid gedefinieerd door het Internationale Systeem van Eenheden is de joule (J), die wordt gedefinieerd als het werk dat wordt uitgevoerd door een Newton-kracht bij een verplaatsing van 1 meter. Energie kan echter ook in andere eenheden worden beschreven:
- Calorie (limoen): de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van een gram water te verhogen van 14,5 naar 15,5 graden Celsius. Een joule is gelijk aan 0,24 calorieën;
- Kilowattuur (kWh): het wordt meestal gebruikt om het elektriciteitsverbruik te meten (1 kWh = 3,6. 106 J);
- BTU ( British Thermal Unit ): Britse thermische eenheid 1 BTU = 252,2 calorieën;
- Electron-volt (eV): het is de hoeveelheid kinetische energie die wordt verkregen door een enkel elektron (elektron) wanneer het wordt versneld door een verschil in elektrisch potentieel van één volt, in een vacuüm (1 eV = 1,6. 10–19 J).
Soorten energie
Energie is een unieke hoeveelheid, maar afhankelijk van hoe het zich manifesteert, krijgt het verschillende namen. Lees meer over de belangrijkste soorten energie in de natuurkunde:
Kinetische energie
Kinetische energie is gerelateerd aan de bewegingstoestand van een lichaam. Dit type energie hangt af van zijn massa en zijn snelheidsmodule. Hoe groter de snelheid van het lichaam, hoe groter de kinetische energie. Wanneer het lichaam in rust is, dat wil zeggen, de snelheidsmodulus is nul, de kinetische energie is nul.
Potentiële energie
Potentiële energie wordt geassocieerd met de positie die een lichaam inneemt of de vervorming van een elastisch systeem. In het eerste geval wordt de potentiële energie gravitatie-potentiële energie genoemd, terwijl het in het tweede geval elastische potentiële energie is.
De potentiële gravitatie-energie hangt af van de massa, de zwaartekracht en de hoogte van het punt waarop het lichaam wordt geanalyseerd. De elastische potentiële energie is afkomstig van de elastische constante en de vervorming van de betreffende veer.
Mechanische energie
Mechanische energie is energie die met kracht kan worden overgedragen. In wezen kan het worden begrepen als de som van de kinetische en potentiële energie van een lichaam.
De mechanische energie blijft constant in afwezigheid van dissipatieve krachten, alleen de conversie tussen de kinetische en potentiële vormen vindt plaats.
Thermische energie
Thermische energie of interne energie wordt gedefinieerd als de som van de kinetische en potentiële energie die is geassocieerd met de microscopisch kleine elementen waaruit materie bestaat. De atomen en moleculen die de lichamen vormen, vertonen willekeurige bewegingen van translatie, rotatie en vibratie. Deze beweging wordt thermische agitatie genoemd. De variatie in thermische energie van een systeem vindt plaats door werk of warmte.
Theoretisch is thermische energie gekoppeld aan de mate van beweging van subatomaire deeltjes. Hoe hoger de temperatuur van een lichaam, hoe groter de interne energie. Wanneer een lichaam met een hogere temperatuur in aanraking komt met of een lichaam met een lagere temperatuur zal er warmteoverdracht plaatsvinden.
Elektriciteit
Elektrische energie is de energie die wordt geproduceerd uit de elektrische ladingen van de subatomaire deeltjes. De ladingen wekken bij het bewegen elektrische stroom op, waardoor wat we elektriciteit noemen.
Licht of zonne-energie
De lichtenergie wordt gevormd door een reeks golven die door de ogen kunnen worden opgevangen. Bovendien wordt het waargenomen door planten, die het gebruiken tijdens het fotosyntheseproces. De lichtstralen, die een vorm van elektromagnetische straling zijn, bereiken onze ogen, bereiken het netvlies en genereren een elektrisch signaal dat door de zenuwen naar de hersenen gaat.
Het kan worden omgezet in thermische of elektrische energie en voor verschillende toepassingen worden gebruikt. De twee belangrijkste manieren om zonne-energie te benutten, zijn de opwekking van elektriciteit en het verwarmen van water op zonne-energie. Voor de productie van elektrische energie worden twee systemen gebruikt: de heliotherme, waarbij de straling eerst wordt omgezet in thermische energie en later in elektrische energie; en fotovoltaïsch, waarbij zonnestraling direct wordt omgezet in elektrische energie.
Geluidsenergie
Geluidsenergie wordt door de lucht overgedragen door een moleculaire beweging tussen twee of meer objecten, waardoor een geluidsgolf ontstaat. De geluidsgolf bestaat uit compressiegebieden van de moleculen (dichte moleculen, hogere druk) en verdunningsgebieden van de moleculen (verre moleculen, lagere druk). Geluid kan worden geproduceerd wanneer twee objecten zich in tegengestelde richting bevinden of, als ze in dezelfde richting zijn, verschillende snelheden hebben.
Spraakgolven en andere veel voorkomende geluiden zijn complexe golven, geproduceerd met veel verschillende trillingsfrequenties. Bij het bereiken van het oor wordt de geluidsenergie omgezet in elektrische signalen, die door zenuwen naar de hersenen gaan en zo nemen we het geluid waar.
Kernenergie
Kernenergie is de energie die wordt geproduceerd in thermonucleaire installaties. Het werkingsprincipe van een thermonucleaire installatie is het gebruik van warmte om elektriciteit op te wekken. De warmte komt van het verdelen van de kern van uraniumatomen in twee delen, een proces dat kernsplijting wordt genoemd.
Straling wordt veel gebruikt in de geneeskunde, röntgenstraling, bestralingstherapie, maar wordt ook in verband gebracht met negatieve effecten zoals atoombommen en nucleair afval.
