Понятие энергии

Оглавление

Введение 1

1. Понятие энергии 1

2. История  понятия  Энергия 3

2.1. Формирование представления об  «энергии» 3

2.2.Закон сохранения энергии 3

2.3. Энергетизм как философское направление 4

2.4. Теория относительности 5

3. Энергия-  фундаментальное  понятие  науки 6

3.1. Энергия как интеграл движения 7

3.2. Энергия - основание Вселенной 7

4. Виды энергии 8

4.1. Энергия диссипации 8

4.2. Механическая энергия 8

4.2.1. Кинетическая энергия 8

4.2.2. Потенциальная энергия 8

4.3. Тепловая энергия 9

4.4. Электрическая энергия 9

4.5. Химическая энергия 9

4.6. Магнитная энергия 9

4.7. Гравитационная энергия 10

4.8. Ядерная энергия 10

4.9. Внешняя и внутренняя энергия 10

5. Понятие психической энергии 11

6. Значение энергии 12

Заключение 13

Список использованной литературы 15

Приложение 1. Дерево энергетических ресурсов 16

Введение

        Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличения продолжительности и улучшения условий его жизни.

       История цивилизации – история изобретения все новых и новых методов преобразования энергии, освоения ее новых источников и в конечном итоге увеличения энергопотребления.

      Первый скачок в росте энергопотребления произошел, когда человек научился добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева своих жилищ. Источниками энергии в этот период служили дрова и мускульная сила человека. Следующий важный этап связан с изобретением колеса, созданием разнообразных орудий труда, развитием кузнечного производства. К XV веку средневековый человек, используя рабочий скот, энергию воды и ветра, дрова и небольшое количество угля, уже потреблял приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек. Особенно заметное увеличение мирового потребления энергии произошло за последние 200 лет, прошедшие с начала индустриальной эпохи, – оно возросло в 30 раз и достигло в 1998 г. 13.7 Гигатонн условного топлива в год. Человек индустриального общества потребляет в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек.

     В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Под энергетикой при этом понимается любая область человеческой деятельности, связанная с производством и потреблением энергии. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали темпы развития других отраслей.

1. Понятие энергии

Энергия… Понятие это многозначно, как многогранна область применения энергии. Человечеству известны солнечная, тепловая, электрическая, механическая, ядерная энергия, энергия воды. Наряду с физической изучается биологическая и психическая энергия.

     Эне́ргия (др.-греч. ἐνέργεια — «действие, деятельность, сила, мощь») — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Термин «энергия» происходит от слова energeia, которое впервые появилось в трактате «Физика» Аристотеля и обозначал собой деятельность.

     Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то её энергия сохраняется во времени. Это утверждение носит название закона сохранения энергии. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает, она только может переходить из одной формы в другую.

     Понятие энергии связывает воедино все явления природы. Не следует понимать движение примитивно. Движение – это изменение во времени состояния того, о движении чего идет речь: увядание цветка, капание капли и изменение всего остального во Вселенной.

     Что такое энергия, дает разъяснение современная физика. Здесь наиболее четко оформилась концепция «энергии».

Из физического определения  энергии  вытекает:

• энергия — это нечто, что проявляется лишь при изменении  состояния (положения) различных объектов окружающего нас мира;

• энергия — это нечто, способное переходить из одной формы  в другую ;

• энергия характеризуется  способностью производить полезную для человека работу;

• энергия — это нечто, что можно объективно определить, количественно измерить.

      В работе С.А. Гайворонского "Закон сохранения информации" в главе "Энергия организованной материи" находим весьма интересное понимание термина энергия : "Энергия, с моей точки зрения, - это свойства объекта, которые при определенных условиях позволяют произвести изменения свойств соседних объектов".

      В свободной энциклопедии "Wikipedia" находим, что энергия определяется как характеристика движения и взаимодействия тел, их способность совершать изменения во внешнем мире. Делаем выводы: понятие энергии неразрывно связанно с такими понятиями как: объект, как ее обладатель (если так можно выразиться); движение (изменение) в объекте или системе, относительно которой рассматривается объект; наличие пары субъект-объект влияния.

      В "Эзотерическом словаре" находим еще одно определение энергии, как основы всего проявленного во вселенной, которая вибрирует на различных частотах, на всех планах мироздания и частота которой определяет характер ее проявления, например, в виде мысли, света, или твердой материи.

      Можно уверенно утверждать, что слово «энергия» – наиболее часто употребляемое и широко используемое из всех научных понятий.

      Ученые классифицировали «энергию», выделив ее всевозможные разновидности. «Энергию» приравняли к различным видам элементарных частиц (электромагнитным излучениям), выделяющихся из состава химических элементов при радиоактивном распаде, соударениях или трении.

      А потом количество существующих «энергий» стало расти как грибы после дождя. «Ядерная энергия» – это различные виды излучений, испускаемых радиоактивными элементами. «Электромагнитная энергия» – это свет, и всевозможные типы фотонов.

     Физики ХХ века, во главе с А. Эйнштейном, вообще постулировали взаимообмен массы и энергии.

     Понятие «энергия» «удачно» перешло в химию и прочно там обосновалось, породив еще множество разновидностей «энергии», теперь уже имеющих химический смысловой оттенок. Например – «энергия связи» и «энергия ионизации».

      Биологи также ассимилировали этот термин и ведут речь об энергии живых организмов – о биоэнергии. В 1962 г. Нобелевский лауреат Питер Митчел высказал предположение, что энергия, освобождающаяся при дыхании и фотосинтезе, сначала запасается в виде электричества и разности концентрации протонов между двумя отсеками, разделенными мембраной, чтобы затем использоваться для синтеза АТФ (аденозин-трифосфат). Гипотеза была подтверждена. Так биоэнергетика вплотную подошла к исследованию энергии. В новой парадигме медицины болезнь рассматривается как результат изменения структур энергии, предлагается терапевтическая методика для влияния на энергетическую систему тела. Исцеляющие силы, присущие каждому организму, могут действовать в направлении возвращения организма в свое прежнее нормальное состояние и в направлении, приводящем к новому состоянию равновесия.

2. История  понятия  Энергия

2.1. Формирование представления об  «энергии»

Понятие энергии складывалось в физике в течение многих веков. Его понимание все время менялось.

      В рамках естественнонаучной картины мира представления об энергии сформировались в механике, а сам термин «энергия» в современном физическом смысле впервые был употреблен только в 1807 г. Томасом Юнгом, под энергией он понимал величину пропорциональную механической работе. Параллельно использовался термин «жизненная сила» (лат. vis viva ), который еще в 17-м веке ввел в обращение Лейбниц, определив его как произведение массы на квадрат скорости.

      Введенное Гельмгольцем представление о потенциальной энергии было поименовано им как «сила напряжения». Гаспар-Гюстав Кориолис впервые использовал термин «кинетическая энергия» в 1829 году, а в 1853 году Уильям Ренкин впервые ввёл понятие «потенциальная энергия».

     В то время полученные в исследованиях в различных областях науки данные начали складываться в общую картину.  

     Благодаря опытам Джоуля, Майера, Гельмгольца прояснилось вопросы преобразования механической энергии в тепловую. Д.Джоуль установил первую эквивалентность, измерив механическую работу, которую необходимо затратить, чтобы поднять температуру данного количества воды на один градус. Также Джоуль обнаружил, что связи, между выделением или поглощением тепла, в электрических и магнитных явлениях, в химических реакциях, а также биологическими объектами, носят характер «превращения». Он же определил общий эквивалент для физико-химических превращений, что позволило измерить сохраняющуюся величину. Впоследствии эта величина стала известна как «энергия».

     Эти открытия позволили сформулировать первый закон термодинамики или закон сохранения энергии.

  2.2.Закон сохранения энергии    

    В одной из первых работ «О сохранении силы" (1847) Гельмгольц, следуя идее единства природы, математически обосновал закон сохранения энергии и положение о том, что живой организм является физико-химическим средой, в которой указанный закон точно выполняется. Гельмгольц сформулировал "принцип сохранения силы" и невозможность Perpetuum Mobile. Закон сохранения энергии - "один из наиболее фундаментальных законов природы, согласно которому наиважнейшая физическая величина - энергия сохраняется в изолированной системе. В изолированной системе энергия может переходить из одной формы в другую, но ее общее количество остается постоянным" Важно признать не только количественную, но и качественную неуничтожимость материи и движения. В 1918 году было доказано, что закон сохранения энергии есть математическое следствие трансляционной симметрии времени, величины сопряжённой энергии. То есть энергия сохраняется, потому что законы физики не отличают разные моменты времени .

     В 1920-х годах появилось понятие  «термодинамика» — наука о преобразовании энергии.     Наука об энергии разделилась на множество различных областей, таких как биологическая термодинамика и термоэкономика (англ. thermoeconomics). Параллельно развивались связанные понятия, такие как энтропия, мера потери полезной энергии, мощность, поток энергии за единицу времени, и так далее.

     Понятие энергии стало центральным в понимании физических процессов. Вскоре естественным образом в понятие энергии вписалась термодинамика химических реакций и теория электрических и электромагнитных явлений.

     В 1961 году выдающийся преподаватель физики и нобелевский лауреат, Ричард Фейнман в лекциях так выразился о концепции энергии: «Существует факт, или, если угодно, закон, управляющей всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определённая величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлечено. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним».

     Энергия первоначально была в физике абстрактной идеей, и стала популярной благодаря закону сохранения энергии. Это понятие сильно упрощает описание широкого круга физических процессов и охватывает огромное количество экспериментальных фактов, и не будь понятия энергии, пришлось бы рассматривать эти факты каждый по отдельности.

2.3. Энергетизм как философское направление

     Идею, что энергия является основой всего, предложил Вильгельм Фридрих Оствальд (1853–1932). Идея такова: все объекты во Вселенной состоят чисто из энергии, (+ свойств); энергия – это полноценное, материеподобное основание.

     Развитие физики на рубеже XIX–XX в. привело к открытию новых видов движения, в которых оставалось невыясненным, что именно движется. Используя это обстоятельство, некоторые ученые пытались доказать, что движение возможно без материального носителя. Поскольку природа электрона еще не была в достаточной степени исследована, электрон был провозглашен некоей «нематериальной силой», чистым движением без материального носителя. На этом основывался и базировался энергетизм как философское направление. Основной тезис энергетизма состоял в замене понятия материи комплексом известных энергий. Материя отождествлялась с веществом. Под энергией же в большинстве случаев подразумевалось материальное движение. Энергия трактовалась как неуничтожимая субстанция, способная к многообразным превращениями, но не как атрибут материи. Под энергией в большинстве случаев подразумевалась способность материальных тел совершать работу при изменении своего состояния. Несколько лет велись споры, является ли энергия субстанцией (теплород) или только физической величиной.