101 ключевая идея: Физика

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Энергию получают из ископаемого топлива, такого, как каменный уголь, нефть и газ, а также из других видов ресурсов, например из биомассы или урана. Каменный уголь образовался из остатков древней растительности, а нефть и газ — из умерших морских организмов, под давлением горных пород, на протяжении многих миллионов лет.

Возобновляемые источники энергии, такие, как реки, приливы и геотермальные источники, в некоторых частях мира составляют значительную часть энергетических ресурсов и могут давать энергию без процессов, требующих потребления топлива. Поэтому на них не расходуются материалы и они не загрязняют среду. Энергия солнца, волн и ветра приобретает все большее значение по мере истощения запасов нефти и газа и спада в атомной энергетике.

Общемировая энергия, получаемая из основных источников, составляет около 400 x 10 Дж в год. Вверху таблицы показано ее распределение по видам источников, а также, на сколько лет хватит этих ресурсов, если их потребление будет продолжаться на уровне 1995 года.

Внизу таблицы показано распределение источников энергии в Великобритании. Общее количество энергии, вырабатываемой в стране, составляет 3,5 % общемировой. Из таблицы видно, на сколько лет хватит этих ресурсов, если их потребление будет продолжаться на уровне 1995 года.

При истощении запасов топлива все большее внимание будет уделяться возобновляемым источникам энергии. В наши дни в Великобритании гидроэлектростанции и ветротурбины вносят значительный вклад в общее количество вырабатываемой энергии.

См. также статьи «Коэффициент полезного действия», «Энергия и мощность».

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ АТОМОВ

Энергетический уровень — это возможное значение энергии в системе двух или более частиц. Энергетические уровни наблюдаются в любой замкнутой системе, где важное значение приобретает квантовая (дискретная) природа частиц. Это происходит в том случае, когда де-бройлевская волна частицы соизмерима с расстоянием между частицами.

Энергетические уровни атомов были обнаружены при изучении столкновения электронов в газовых трубках. Электроны испускались из нити накала в трубку и притягивались к аноду. При увеличении потенциала анода электроны стремились к аноду и создавали ток в трубке. При этом они должны были пройти через металлическую решетку. По мере увеличения потенциала сила тока на аноде увеличивалась, а затем падала при определенных показателях потенциала анода, называемых потенциалом возбуждения. Каждый спад силы тока происходил, когда кинетической энергии электронов, испущенных с нити, было достаточно только для того, чтобы столкнуться с атомами газа, сообщив энергию электронам атомов, переходящих на более высокий энергетический уровень. В результате столкновения электроны нити останавливались (т. е. не продолжали двигаться к аноду) и притягивались к решетке. Таким образом происходило уменьшение силы тока на аноде. Атомы газа переходили на более высокий энергетический уровень. Энергия, приобретенная атомами газа, равна кинетической энергии электронов в луче, поскольку каждый электрон луча отдает свою кинетическую энергию атомам газа. Отсюда энергетические уровни представляют собой значения энергии eV выше основного состояния, где V — любой показатель потенциала возбуждения. Энергия, необходимая для ионизации атома (удаления из атома электрона), равна eV ₀, где V ₀— потенциал, требующийся для ионизации атома. Таким образом, самый низкий энергетический уровень, или основное состояние атома, существует при энергии eV ₀ниже уровня ионизации.

Возбуждение при сталкивании

См. также статьи «Корпускулярно-волновая двойственность», «Модели энергетических уровней».

ЭНЕРГИЯ

Тело перемещается под действием силы, производящей работу. Количество работы определяется как произведение силы на расстояние в направлении перемещения. Единицей работы служит джоуль. Один джоуль равен работе, совершенной при перемещении тела на один метр силой в один ньютон.

Энергия— это способность совершать работу. Единицей работы энергии также служит джоуль. Если к телу прикладывается работа, его энергия увеличивается; если тело выполняет работу, его энергия уменьшается.

Закон сохранения энергии гласит: общее количество энергии в изолированной системе остается неизменным.

Мощность— это скорость, с которой совершается работа. Единицей мощности служит ватт (Вт), равный одному джоулю в секунду.

Кинетической энергией движущегося теланазывается энергия, которой оно обладает благодаря своему движению. Для тела массой т,движущегося со скоростью и,кинетическая энергия Е _к— ¹/ ₂ mv ²при условии, что его скорость значительно меньше скорости света. Для скоростей, приближающихся к скорости света, из специальной теории относительности следует формула: