NộI Dung
Một trong những định luật cơ bản của vũ trụ là năng lượng không được tạo ra cũng không bị phá hủy - nó chỉ thay đổi hình thức. Do đó, nhiều công thức cho năng lượng tồn tại. Để hiểu làm thế nào các công thức này là biểu thức của cùng một điều, điều quan trọng trước tiên là phải hiểu ý nghĩa của các nhà vật lý khi họ nói về năng lượng. Một khái niệm của nó bắt nguồn từ các khái niệm của vật lý cổ điển như được làm sáng tỏ bởi Ngài Isaac Newton.
Công thức tính năng lượng của chuyển động là KE = .5 × m × v2 Trong đó KE là động năng tính bằng joules, m là khối lượng tính bằng kilogam và v là vận tốc tính bằng mét trên giây.
Lực lượng và công việc
Newton ba định luật về chuyển động tạo thành cơ sở cho vật lý cổ điển. Định luật thứ nhất định nghĩa lực là nguyên nhân gây ra chuyển động và định luật thứ hai liên quan đến lực tác dụng lên một vật với gia tốc mà nó trải qua. Nếu một lực (F) tăng tốc một cơ thể qua một khoảng cách (d), thì một lượng công việc (W) bằng với lực nhân với khoảng cách nhân với một yếu tố chiếm góc giữa chúng (, chữ Hy Lạp theta ). Là một biểu thức toán học, điều này có nghĩa là W = F × d × (cos (θ)). Đơn vị đo cho lực là newton, đơn vị cho khoảng cách là mét và đơn vị cho công việc là newton-mét, hoặc joules. Năng lượng là năng lực để thực hiện công việc, và nó cũng được thể hiện bằng joules.
Năng lượng động năng và tiềm năng
Một vật thể đang chuyển động sở hữu năng lượng chuyển động của nó, tương đương với công việc sẽ được yêu cầu để đưa nó vào trạng thái nghỉ ngơi. Đây được gọi là động năng của nó, và nó phụ thuộc vào bình phương vận tốc của vật (v) cũng như một nửa khối lượng của nó (m). Về mặt toán học, điều này được biểu thị bằng E (k) = (.5) × m × v2. Một vật thể ở phần còn lại trong trường hấp dẫn của Trái đất sở hữu năng lượng tiềm năng nhờ độ cao của nó; nếu nó rơi tự do, nó sẽ có được động năng bằng năng lượng tiềm năng này. Năng lượng tiềm năng phụ thuộc vào khối lượng vật thể, chiều cao của nó (h) và gia tốc do trọng lực (g). Về mặt toán học, đây là E (p) = m • h • g.
Năng lượng điện
Việc tính toán năng lượng trong các hệ thống điện phụ thuộc vào lượng dòng điện chạy qua một dây dẫn (I) trong ampe, cũng như vào điện thế hoặc điện áp (V), điều khiển dòng điện, tính bằng vôn. Nhân hai tham số này sẽ cung cấp năng lượng của điện (P) tính bằng watt và nhân P với thời gian mà dòng điện (t) tính bằng giây cho lượng năng lượng điện trong hệ thống, tính bằng joules. Biểu thức toán học cho năng lượng điện trong mạch dẫn là E (e) = P × t = V × I × t. Theo mối quan hệ này, để lại một bóng đèn 100 watt đốt cháy trong một phút sẽ tiêu tốn 6.000 joules năng lượng. Điều này tương đương với lượng động năng mà một hòn đá nặng 1 kg sẽ có nếu bạn thả nó từ độ cao 612 mét (bỏ qua ma sát không khí).
Một số dạng năng lượng khác
Ánh sáng chúng ta thấy là một hiện tượng điện từ có năng lượng nhờ sự rung động của các gói sóng gọi là photon. Nhà vật lý người Đức Max Planck xác định rằng năng lượng của một photon tỷ lệ với tần số (f) mà nó dao động và ông đã tính hằng số tỷ lệ (h), được gọi là hằng số Plancks để vinh danh ông. Do đó biểu thức cho năng lượng của một photon là E (p) = h × f. Theo lý thuyết tương đối của Albert Einsteins, mỗi hạt vật chất có năng lượng tiềm tàng tỷ lệ thuận với khối lượng hạt và bình phương của tốc độ ánh sáng (c). Biểu thức liên quan là E (m) = m × c2. Tính toán của Einsteins đã được chứng thực bằng sự phát triển của bom nguyên tử.