جول صبي

فهم طاقة كهربائية رفع يد واحدة عالية فوق رأسك ما تستطيع. يبقيه هناك وأنت تقرأ هذا المقال رفع يدك سوف تتيح لك تجربة جسديا بعض الأفكار التي يحتفظ بها علماء الفيزياء حول الطاقة والعمل والطاقة والمواد شر نتحدث عن في هذه المقالة. تقريبا كل ما تفعله - جسديا كان أم عقليا، باليد أو بواسطة آلة، ونشط أو الجلوس - ينطوي على الطاقة. لعالم الفيزياء، والحياة هي في الحقيقة سلسلة معقدة من المعاملات الطاقة، حيث يتم تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، أو نقلها من كائن إلى آخر. خذ على سبيل المثال، شجرة التفاح. الشجرة تمتص الطاقة الضوئية من أشعة الشمس، وتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كامنة الكيميائية المخزنة في الروابط الكيميائية. تستخدم شجرة هذه الطاقة لبناء الأوراق والأغصان والثمار. يتم تحويلها عند وقوع تفاحة من الشجرة على الأرض، والطاقة للموقف (المخزنة كمصدر من مصادر الطاقة المحتملة الجاذبية) إلى طاقة حركية، والطاقة من الحركة، لأنها تقع. عندما يضرب تفاحة على الأرض، يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية. عند أكل التفاح، وجسمك يحول الطاقة الكيميائية إلى حركة العضلات. إذا عضلاتك المتعبة، وعليك أن تقرر لقيادة سيارتك بدلا من المشي، ومحرك سيارتك يأخذ البنزين (الذي يحتوي على الطاقة الكيميائية المخزنة منذ فترة طويلة من قبل النباتات) وتحولها إلى حرارة. ثم يأخذ أن الحرارة وتحولها إلى الحركة، أو الطاقة الحركية. حتى الآن إيف تستخدم كلمة الطاقة حزمة من الأوقات. ما هي الطاقة لسوء الحظ، ليس هو حقا الذي سهل للتعريف. يكون على ما يرام للحديث أكثر قليلا قبل أن نتمكن من الحصول على التعامل مع ذلك. مهلا، هاوس ذراعك تعبوا بعد ذراعك، وبطبيعة الحال، وتزن شيئا. عند الاحتفاظ بها فوق رأسك، لديك لممارسة القوة لدعمها، وتتعب. قد وصف حتى هذا النشاط والكثير من العمل. وفيزيائي، بيد أن نختلف. هو ليس أن الفيزيائيين هم القاسي (بعضها وتخلخل بعض). ولكن عندما يتحدث علماء الفيزياء عن العمل، وأنهم يتحدثون عن شيء محدد جدا أن يسمونه العمل الميكانيكي. يعرف الفيزيائي عمل (W) وقوة (F) مضروبا في المسافة (د) أكثر من التي تبذلها ذلك. يمكن التعبير عن هذا W F خ د. يتم قياس العمل في وحدات تسمى جول (جولس ضوحا). عند عقد ذراعيك فوق رأسك، أنت تخلخل تتحرك أي شيء. لكن الأعمال الميكانيكية ويشمل كلا من القوة والمسافة، وهناك is not أي مسافة. ولهذا، كنت لا تفعل الأعمال الميكانيكية. صفر. ندى. بالطبع كنت تفعل بالتأكيد ما يمكن تسميته عمل البيولوجي. إذا كنت تقف لفترة من الوقت مع ذراعيك ممدودة للعقاب، سيكون لديك في نهاية المطاف إلى أكل زبدة الفول السوداني شطيرة أخرى لتجديد الطاقة التي تستهلكها من خلال عملية التمثيل الغذائي. لكن علماء الفيزياء لا أميل الحديث عن عمل البيولوجي يتحدثون عن الأعمال الميكانيكية. ويتحدثون عن الطاقة، التي تحدد بأنها القدرة على القيام بالعمل. ولذلك لا يوجد لديك - تعريفك للطاقة قد يبدو قليلا الملتوية أو دائري، وليس مرضية جدا. تحديد هذه الأشياء نسميه الطاقة أمر صعب، لأن يكون لا طاقة شيء يمكنك الحصول على يديك. على فكرة، مفهوم، فكرة مجردة. على حد تعبير مدرسي الكلية: الطاقة ليست شيئا أو مادة، ولكن المفهوم الذي تم تطويره لوصف بعبارات محددة كيف شيء بسرعة يتحرك، حيث هو، كيف الساخن هو عليه، وهلم جرا. الطاقة هي حقا فكرة مجردة، جهاز المحاسبة العقلية أننا قد اخترع. (روبرت رومر، الطاقة:.. مدخل إلى الفيزياء فريمان، 1976، ص 3، 89.) وأنا أدرك أن هذا قد تعكير، بدلا من توضيح وتعريف الطاقة بالنسبة لك في هذه النقطة. ولكن لا رمي يديك في اليأس عذرا. انا نسيت. كنت قد حصلت بالفعل واحد منهم الى هناك موافق، يمكنك وضع الذراع الخاص بك إلى أسفل. ولهذا فإن النبأ السار. ولكن لا الاسترخاء الأخبار السيئة ثيريس أيضا. منذ عقد ذراعك حتى التأهل دويسنت عن العمل لعالم الفيزياء، وكنت لا ورطتها بعد. في الواقع، كنت على وشك القيام ببعض الأعمال الميكانيكية الحقيقي. وهذا هو، سوف تبذل قوة على كائن الذي سينتقل الكائن على مسافة معينة. وفي هذه العملية، فسوف تعلم الفرق بين العمل والطاقة والقوة. حصلت على زوجين من زجاجات الصودا اثنين لتر حول إذا ثيري تفريغ، فقط ملئها بالماء --it لن يحدث أي فرق ما إذا كانوا يحملون الماء أو الصودا لما كنت تنوي القيام به معهم. المسمار على القبعات ووضع الزجاجات على الأرض. الآن اعتقالهما، واحد في كل يد، ورفع لهم حتى متر واحد (حوالي ثلاثة أقدام) في ثانية واحدة (الوقت الذي يستغرقه لك لنقول واحد واحد ألف). افعلها مرة أخرى. ومره اخرى. زجاجات دائما نفس الوزن، وكنت دائما رفعها مسافة واحدة. وهذا يعني أنه في كل مرة كنت رفعها كنت دائما تفعل نفس الكمية من العمل. (تذكر تعريفنا للعمل: قوة مضروبا المسافة، أو W F خ د) لا يهم ما إذا كنت رفعها بسرعة أو ببطء لها نفس القدر من العمل. ولكن إذا كنت رفعها بسرعة، تقومون به من عمل في فترة زمنية أقصر. أن ما يطلق عليه الفيزيائيون السلطة. الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل، ولكن السلطة هي المعدل الذي كنت تفعل ذلك. في الفيزياء جنوب شرقي والطاقة (P) هي متساوية في العمل (W) مقسوما الوقت (ر)، أو P W / ر. لذلك، عند رفع زجاجات أسرع، والعمل الخاص بك هو نفسه، ولكن السلطة هو أكبر. هيريس طريقة أخرى لفهم الفرق بين الطاقة والكهرباء. لنفترض كان لديك 30. هل يمكن أن تختار لقضاء كل ذلك في يوم واحد، أو هل يمكن أن تنفق 1 كل يوم لمدة ثلاثين يوما. وفي كلتا الحالتين، ينتهي بك الأمر إلى إنفاق نفس المبلغ من المال. ولكن في الحالة الأولى كان معدل حسابك من الإنفاق العالي (30 / يوم)، بينما في الحالة الثانية كان معدل حسابك الإنفاق المنخفض (1 / يوم). المبلغ الإجمالي من المال (30) مشابه للطاقة أو العمل، ومعدل الإنفاق (30 / يوم أو 1 / يوم) مشابه إلى السلطة. الطاقة والعمل على حد سواء تقاس في جول. يتم قياس قوة في جول في الثانية، وهي وحدة وهو ما نطلق عليه واط. عند رفع مرارا الزجاجات متر واحد في الثانية الواحدة، واجهت ما شعرت أن تنفق الطاقة في نفس المعدل بمثابة ضوء bulb.2 40 واط منذ تم احتساب قوة متوسط ​​العمال العمل اليومي في 75 واط، كنت يجب أن تكون قادرة على رفع وخفض زجاجات اليوم تقريبا كل فترة طويلة. ماذا يعني كل هذا يجب أن نفعل مع هذا النوع من الطاقة التي توفر شركة الطاقة المحلية إلى منزلك حسنا، تصور مبنى ضخم مع صفوفا متراصة من المقاعد مليئة بالناس تماما مثل نفسك. في الواقع، تخيل 25،000 هؤلاء الأفراد. ولكن بدلا من رفع زجاجات الصودا، ثيري تحول السواعد التي تمارس عن نفس القدر من الجهد. (منذ انهم لا تزال تمارس القوة من خلال مسافة، انهم لا تزال تفعل العمل.) إذا تم ربط هذه السواعد لمولدات الكهرباء، فإنك سوف تبحث في (1000000 واط) قوة 1 ميغاواط. من أي وقت مضى داخل قوة كيف تعرف أن ليس هذا الطريق يتم إنشاء الكهرباء الذي كيف جعل الرومان سفنهم تتحرك: من خلال سلطة الشعب. قوة أنفقت كل الرقيق المطبخ ويمكن تقييم في واط، كما يمكن للسلطة لأحد أعضاء العصر الحديث من الطاقم في قذيفة السباقات، أو أي شخص التجديف قارب. أو المشي. أو ركوب الدراجة. حتى أنت تقرأ هذا، كنت تشع الحرارة في حوالي 100 واط. ولكن انتظر لحظة. عندما تحصل على فاتورة الكهرباء الشهرية، كنت لا تحصل المفروضة على جول أو واط. مشروع قانون يقول لك كم كيلو واط ساعة من الكهرباء التي تستخدم، وكيف العديد من therms من الغاز. ما يعطي احد كيلو واط ساعة يعني أنك تستخدم الطاقة بمعدل 1 كيلو واط (1000 واط، أو 1000 جول في الثانية) لمدة 1 ساعة. ساعة هي 3600 ثانية. إذا كنت تستخدم 1000 جول كل ثانية لمدة ساعة، أن يكون 3،600،000 جول. حتى 1 كيلو واط ساعة ما يعادل 3،600،000 جول. هل ترى لماذا شركة المرافق الخاصة بك تفضل كيلووات ساعة الشحن عن طريق الجول سيكون نوع من مثل شراء البنزين لسيارتك عن طريق الهبوط بدلا من الجالون. وبطبيعة الحال، فإنها يمكن أن مجرد دعوة بسهولة كيلو واط ساعة 3.6 ميجا جول (3.6 ميغا جول) أو 3600 كيلو جول (3600 كج). والآن لفاتورة الغاز، والذي هو في therms انتظر لا تترك والحراريات هي وحدة تستخدم من قبل المرافق للوقوف لمدة ما يقرب من 100 مليون جول. حتى إذا كنت تستخدم 10 therms من الغاز، كنت قد استخدمت 1000000000 جول أنا TS الوقت لتوصيل منذ كانوا يتحدثون عن فاتورة الكهرباء الخاصة بك، هل نتساءل من أين تأتي الكهرباء في منزلك من الجواب السهل هو من المكونات، وبطبيعة الحال . ولكن أين المكونات تحصل عليه لاطلاق النار ليغلق عند توضيح مفهوم الطاقة نفسها، وأيضا النظر في الكهرباء كمثال على الطاقة وتحولاتها. المرافق العامة الخاصة بك تولد الكهرباء من خلال حرق الوقود الأحفوري (الفحم، النفط، أو الغاز الطبيعي)، تشغيل مفاعل نووي، أو باستخدام الماء والرياح أو الطاقة الشمسية. لالبساطة، وأيضا الحد من مناقشتنا للوقود الأحفوري. لكن القصص المشابهة، مع تفاصيل مختلفة، يمكن أن يقال عن مصادر أخرى للطاقة. في محطة الوقود الأحفوري، ويتم حرق النفط، والفحم، والغاز الطبيعي، ويتم تحويل الطاقة الكامنة المخزنة في الروابط الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية، الذي يغلي الماء وتنتج البخار. البخار يتحول التوربينات لتوليد الكهرباء، ويتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية للتوربينات الغزل. مولد يدور الاسلاك في مجال مغناطيسي، وتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية. يتم إرسال الكهرباء عبر الأسلاك إلى منزلك. هناك مرة واحدة، ويمكن تحويله إلى حرارة في محمصة أو الطاقة الحركية في مروحة أو استخدامها لتشغيل عدد لا يحصى من الأجهزة الكهربائية الأخرى. وحاسما، تجاوز مبدأ في هذه السلسلة من تحولات الطاقة (وفي جميع المعاملات الطاقة) هو أن الطاقة يمكن أن تغير شكل، لكنه غير قادر على أن تنشأ أو دمرت. في تعريف الكتاب المدرسي ذكرتها سابقا، كان مرتبطا الطاقة مع مسك الدفاتر. ما مذهلة حول هذه المحاسبة هو أنه يوازن دائما. إذا كنت تضيف ما يصل كل ل thats الطاقة في جميع أنحاء بعد تحويل الطاقة، وكنت دائما في نهاية المطاف مع نفس الكمية من الطاقة التي بدأت، على الرغم من أن النموذج قد تغيرت. هذا المبدأ هو أحد الأركان الأساسية في الفيزياء. وهو يوفر وسيلة لربط بعض الظواهر متنوعة جدا. كيف هو البيسبول مسرعة نحو لوحة الوطن مثل لهب شمعة كيف يمكنك مقارنة أي من تلك لغالون البنزين أو، لهذه المسألة، وشطيرة كان لديك لتناول طعام الغداء الطاقة الحركية للبيسبول، والطاقة الحرارية الشعلة، الطاقة الكامنة الكيميائية الواردة في البنزين وشطيرة يمكن لجميع تقاس في جول ويمكن لجميع أن تتحول إلى عمل. إذا كان أي من هذه الأشكال من الطاقة يتحول إلى شكل آخر، سيكون لديك نفس الكمية من الطاقة بعد التحول كما فعلت من قبل. وقد سمح علماء الفيزياء إلى التعرف على العلاقات بين الأشياء التي تبدو، للوهلة الأولى، أن لا علاقة لها، وهي خطوة نحو فهم الوحدة الأساسية للطبيعة - مفهوم الطاقة - وإدراك أن الطاقة لا يمكن إنشاء أو تدميرها.