انرژي

در محيط اطراف ما چيزهايي در حال حركت و جابجايي هستند. موادي تغيير مي كنند و خاصيت آنها عوض مي شود .

در تمام اين پديده ها، عامل مشتركي وجود دارد.

.:: انرژي ::.

انرژي را توانايي انجام كار گويند.
انرژي عاملي است كه باعث حركت يا تغييراتي در مواد مي شود.
يكاي اندازه گيري انرژي به افتخار دانشمند به نام جيمز ژول ، ژول ناميده شده است.
دسته بندي انرژي به دو صورت انجام مي گيرد.

الف: بر اساس صورتهاي انرژي

 ب : بر اساس انواع انرژي 

الف: صورت هاي انرژي

1) انرژي شيميايي:

صورتي از انرژي است كه در مولكول هاي بعضي از مواد ذخيره شده است. انرژي موجود در مواد غذايي، انرژي سوخت هايي چون نفت و بنزين و ...

اين صورت انرژي را نمي توان از روي ظاهر آن تشخيص داد و براي آزاد كردن اين انرژي ، يك تغيير شيميايي لازم است.
در هر گرم از غذايي كه ما مي خوريم و يا سوختي كه در ماشين مي ريزيم، مقداري انرژي شيميايي ذخيره شده است.
اين انرژي را با واحد كيلوژول بر گرم بيان مي كنند. به طور مثال انرژي شيميايي نفت 9/47 كيلوژول بر گرم است يعني در هر گرم نفت مقدار 9/47 كيلوژول (47900 ژول) انرژي شيميايي ذخيره شده است.
يكي از مشكلات بسيار مهم استفاده از سوخت ها، آلوده كردن هوا به علت توليد گازهاي كربن دي اكسيد و گوگرد دي اكسيد است.

2) انرژي گرمايي :

صورتي از انرژي است كه به جنبش مولكول ها بستگي داد.
هرچه تعداد مولكول هاي يك جسم بيشتر و جنبش مولكول هاي آن بيشتر باشد. انرژي گرمايي آن بيشتر است.
از اين انرژي در پختن غذا، گرم كردن خانه و ... استفاده مي شود.

3) انرژي نوراني:

صورتي از انرژي است كه از جايي به جاي ديگر منتقل مي شود.

4) انرژي الكتريكي:

يكي از صورتهاي انرژي است كه در زندگي روزمره بيشترين استفاده را دارد.
زيرا اين انرژي به راحتي منتقل شده و به آساني به صورتهاي ديگر انرژي تبديل مي شود.
انرژي الكتريكي را مي توان از طرق باد، آبهاي جاري و سوزاندن سوختها به دست آورد.

5) انرژي صوتي:

اين صورت انرژي باعث حركت مولكول هاي هوا شده و به آساني از يك نقطه به نقطه ديگر منتقل مي شود.

6) انرژي مكانيكي:

تمام اجسام در حال حركت داراي انرژي مكانيكي هستند.

7) انرژي هسته اي (اتمي):

در هسته بعضي از اتم هاي سنگين مانند اتم اورانيوم و توريم انرژي قابل ملاحظه اي ذخيره شده است.
اين انرژي مانند انرژي شيميايي از روي ظاهر آن قابل تشخيص نيست و براي آزاد كردن آن يك واكنش هسته اي لازم است.
اگر هسته اتم هاي سنگين شكافته شود مقدار قابل ملاحظه اي انرژي بخصوص گرما توليد مي كند. از اين انرژي براي به كار انداختن توربين هاي بخار براي توليد برق استفاده مي شود.
شما در سالهاي آينده با اين انرژي و راههاي آزاد كردن انرژي هسته اي به طور كامل آشنا خواهيد شد.


ب) انواع انرژي

1) انرژي پتانسيل :

انرژي ذخيره شده در اجسام را انرژي پتانسيل مي گويند.
وقتي فنري كشيده يا فشرده مي شود و يا وزنه اي از سقف آويزان مي شود داراي انرژي ذخيره شده است.
اين انرژي به صورتهاي مختلف در مواد ذخيره مي شود، بنابراين انرژي پتانسيل انواع گوناگوني دارد.

الف) انرژي پتانسيل گرانشي:

شخصي كه روي پله نردباني ايستاده است. جسمي كه بر روي طاقچه قرار دارد. سنگي كه بالاي كوه قرار دارد.

همه داراي انرژي ذخيره شده هستند.
اين نوع انرژي كه جسم فقط به علت ارتفاعش از سطح زمين دارد، انرژي پتانسيل گرانشي نام دارد.
يكاي اندازه گيري انرژي پتانسيل گرانشي( U ) ، ژول (j) مي باشد.

عوامل موثر بر انرژي پتانسيل گرانشي:
1) جرم جسم(m)

يكاي اندازه گيري: كيلوگرم(kg)
هرچه جرم جسم بيش تر باشد، انرژي بيش تري در جسم ذخيره مي شود.

2) ارتفاع جسم از سطح زمين(h)

يكاي اندازه گيري: متر(m)
هرچه ارتفاع جسم از سطح زمين بيشتر باشد، انرژي پتانسيل گرانشي نيز بيشتر خواهد بود.

3) شتاب گرانش زمين (g)

يكاي اندازه گيري: متر بر مجذوز ثانيه ( )
شتاب گرانشي بر روي سطح زمين معادل 10 است.
(در فصل بعد - نيرو - با اين مفهوم بيشتر آشنا خواهيد شد.)
انرژي پتانسيل گرانشي به روش زير محاسبه مي شود:

ب)انرژي پتانسيل كشساني:

اگر فنري را كشيده يا فشرده كنيم مقداري انرژي در فنر ذخيره مي شود.
هر چه فنر بيشتر كشيده يا فشرده شود ، انرژي ذخيره شده در آن بيشتر است.
انرژي ذخيره شده در فنر را انرژي پتانسيل كشساني مي گويند.

ج) انرژي پتانسيل الكتريكي:

انرژي ذخيره شده در بارهاي الكتريكي را مي گويند.
با اين انرژي در سال هاي آينده به طور كامل آشنا خواهد شد.

2) انرژي جنبشي:

انرژي كه جسم به علت حركت خود دارد، انرژي جنبشي گفته مي شود.
باد، آب جاري، اتومبيل در حال حركت، پرنده ي در حال پرواز و ... داراي انرژي جنبشي هستند.

عوامل موثر بر انرژي جنبشي:

الف) جرم جسم(m)

يكاي اندازه گيري : كيلو گرم(kg)
هرچه جرم جسم متحرك بيشتر باشد، انرژي جنبشي آن نيز بيشتر است.

ب) مجذور سرعت

يكاي اندازه گيري: (متر بر ثانيه)
هرچه جسم با سرعت بيشتري حركت كند، انرژي جنبشي آن بيشتر خواهد بود.

انرژي جنبشي (k) را به روش زير مي توان محاسبه كرد:

مثال: شخصي به جرم 50 كيلو گرم با سرعت 2 متر بر ثانيه در حال حركت است . انرژي جنبشي اين شخص را محاسبه كنيد.

مثال:
انرژي وزنه آويخته شده، فنر كشيده شده            مكانيكي از نوع پتانسيل است.

انرژي وزنه رها شده، فنر رها شده            مكانيكي از نوع جنشي است.

گلوله در نقطه 1 داراي انرژي پتانسيل مكانيكي است. زيرا گلوله از سطح زمين ارتفاع دارد.
گلوله در نقطه 3 داراي انرژي مكانيكي جنبشي است . زيرا گلوله در حال حركت است.

تبديل انرژي:

در شرايط مناسب انرژي را مي توان از يك صورت به صورت ديگر يا از يك نوع به نوع ديگر تبديل كرد.

چند مثال براي تبديل انرژي:

 مكانيكي  انرژي الكتريكي

  گرما   انرژي الكتريكي

انرژي جنبشي انرژي پتانسيل

نوراني و گرمايي انرژي الكتريكي

 انرژي جنبشي انرژي پتانسيل

 انرژي نوراني انرژي شيميايي

به طور مثال انرژي موجود در مواد غذايي ، انرژي شيميايي است.
گياهان سبز با استفاده از انرژي نوراني خورشيد عمل فتوسنتز(غذاسازي) را انجام مي دهند. در اين عمل انرژي نوراني خورشيد به انرژي شيميايي تبديل مي شود. اين انرژي در گياهان ذخيره مي شود . با خوردن اين گياهان و يا حيواناتي كه از اين گياهان تغذيه كرده اند، اين انرژي به بدن ما منتقل مي شود. در هنگام فعاليت هاي روزمره اين انرژي آزاد شده و به صورت هاي مختلفي به خصوص گرما و مكانيكي تبديل مي شود.

پايستگي انرژي :
قانون پايستگي انرژي بيان مي كند كه انرژي نه خود به خود به وجود مي آيد و نه خود به خود نابود مي شود، بلكه از صورتي به صورت ديگر يا از نوعي به نوع ديگر تبديل مي شود. معمولاً وقتي مي خواهيم يك صورت انرژي را به صورت ديگر تبديل كنيم، مقداري از انرژي اوليه به صورت هاي ديگري كه مورد نظر ما نيست تبديل مي شود.

مثال 1:

يك ماشين اسباب بازي را در نظر بگيريد كه به طور كامل كوك شده است اگر آنر ا رها كنيد. انرژي پتانسيل كشساني آن آزاد شده و به انرژي جنبشي مكانيكي تبديل مي شود ولي بعد از توقف اسباب بازي چرخ هاي آن نيز گرم شده است. يعني بخشي از انرژي پتانسيل به انرژي گرمايي نيز تبديل شده است.
اين انرژي گرمايي در اثر اصطكاك چرخ ها با زمين و اصطكاك مولكول هاي هوا با بدنه اسباب بازي بوجود آمده است.

مثال 2:

وقتي يك خودرو حركت مي كند . انرژي شيميايي ذخيره شده در بنزين به انرژي مكانيكي (حركتي) تبديل مي شود، اما بخشي از اين انرژي به گرما تبديل مي شود به همين دليل و قتي خودرو را روشن مي كنيم، پس از مدتي موتور آن داغ مي شود.

ميدانيم منبع اصلي تمام انرژي ها ، خورشيد است.
در مثال 1 ، انرژي موجود در اسباب بازي چگونه از خورشيد تأمين مي شود؟