Zasada zachowania energii

Zasada zachowania energii to empirycznie zweryfikowane prawo fizyki, stwierdzające, że w układzie izolowanym suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała w czasie.

Energia nie może być ani utworzona, ani zniszczona, mogą jedynie zachodzić przemiany z jednych form energii w inne (w układzie izolowanym).

Przykładem przemiany energii jest zmiana energii potencjalnej w kinetyczną, omówiona w osobnym artykule.

Na co dzień, np. jadąc samochodem lub w elektrowniach, korzystamy ze zamian energii chemicznej w energię cieplną, podczas procesów spalania węgla, gazu, biomasy itp.), cieplna jest zmieniana w mechaniczną, a mechaniczna w samochodach na energię kinetyczną - ruchu auta, a w elektrowniach w elektryczną.

W energię elektryczną zmieniamy także energię słońca (w ogniwach fotowoltaicznych) i wiatru (w elektrowniach wiatrowych) oraz energię kinetyczną wody płynącej w rzekach w hydroelektrowniach.

Przeczytaj artykuł Skąd ten prąd? i obejrzyj film: Skąd jest prąd?

Równoważność masy i energii

Energia, na co zwrócił uwagę Albert Einstein, jest równoważna materii. Wzór E = mc² jest pewnie najbardziej znanym wzorem z fizyki, choć niewielu rozumie co tak naprawdę oznacza. Wyjaśnię to Tobie w innym artykule.

Zależność równoważności masy i energii przejawia się poprzez tzw. deficyt masy (niedobór masy) widoczny szczególnie, gdy zmiany energii przypadające na jednostkę masy są duże, np. w:

• w reakcjach jądrowych:
• w reakcji fuzji (syntezy jądrowej),
• w reakcji rozszczepienia jądra atomowego,
• w różnicy pomiędzy masą jądra atomowego a sumą mas nukleonów wchodzących w jego skład (energia wiązania jądra atomowego).

Wszystkie procesy fizyczne oddające energię tracą masę, Są to na przykład procesy takie jak:

• reakcja termojądrowa – źródło energii gwiazd w tym Słońca (reakcja termojądrowa to inaczej synteza jądrowa lub fuzja jądrowa – zjawisko polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe);
• rozszczepienie jąder atomowych – źródło energii w elektrowniach atomowych i bombach atomowych;
• rozpady promieniotwórcze – jedno ze źródeł energii ogrzewającej ziemię (od wewnątrz);
• kreacja par cząstka-antycząstka z energii fotonu (lub innego neutralnego bozonu), jest procesem odwrotnym do anihilacji i jest źródłem materii we wszechświecie;
• anihilacja - proces prowadzący do całkowitej destrukcji materii posiadającej masę. W fizyce anihilacją nazywa się oddziaływanie cząstki z odpowiadającą jej antycząstką, podczas którego cząstka i antycząstka zostają zamienione na fotony; 
• promieniowanie elektromagnetyczne (cieplne i widzialne) Słońca.

Słońce oddając energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego traci masę w tempie

4 000 000 ton na sekundę.

Mapa mikrofalowego promieniowania tła, pokazująca obraz wczesnego Wszechświata

(na podstawie danych zebranych przez sondę WMAP)

Energia a początek wszechświata 

Jeśli wszechświat możemy uznać za układ odizolowany, to od jego początków energia we wszechświecie jest cały czas taka sama. Od momentu wielkiego wybuchu ok. 13,82 mld lat temu, cała energia wszechświata się nie zmieniła. Trochę trudno w to uwierzyć, ale tak twierdzą fizycy i ja im wierzę,

Prawa fizyki obowiązują w całym wszechświecie od jego początków, a my je tylko powolutku poznajemy i tworzymy teorie naukowe. Niekiedy wyniki nowych badań i eksperymentów powodują, że tworzymy nowe hipotezy i teorie odrzucając lub modyfikując wcześniejsze. Na tym polega nauka.

Szacowany udział ciemnej energii i ciemnej materii w energii Wszechświata: 

68,3% to ciemna energia, 26,8% to ciemna materia, 4,9% to międzygalaktyczny gaz oraz gwiazdy

Energia i materia wszechświata

Ciemna energia (ang. dark energy) to hipotetyczna forma energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, to znaczy odpowiada za przyspieszające tempo rozszerzania się Wszechświata. Jest to jedno z pojęć wprowadzonych w celu wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz problemu brakującej masy we Wszechświecie. Wyniki badań opublikowanych w 2011 wydają się potwierdzać istnienie ciemnej energii. 

Ciemna materia (ang. dark matter) – hipotetyczna materia nieemitująca i nieodbijająca promieniowania elektromagnetycznego. Jej istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. 

Zwykła materia to materia galaktyk (gwiazd planet i innych mniejszych obiektów), gwiazdy i czarne dziury poza galaktykami oraz niezwykle rozrzedzona materia - gaz międzygalaktyczny składający się przede wszystkim z wodoru i helu, wypełniający przestrzeń pomiędzy galaktykami. Średnie gęstości ośrodka międzygalaktycznego są wielokrotnie mniejsze od gęstości plazmy osiągalnej w laboratoryjnej próżni. 

Podsumowanie

Jak widzisz na wiele jeszcze pytań dotyczących energii we wszechświecie fizyka musi odpowiedzieć.

Zadanie:

Zastanów się w jakich urządzeniach domowych zachodzą przemiany jednego rodzaju energii w inny. Opisz proszę co najmniej trzy przykłady. 

tel.: 505 377 726     e-mail: kontakt@terazrozumiem.pl

NOTA PRAWNA: Zgodnie z art. 25 ust. 1 pkt 1 b) Ustawy o prawach autorskich i prawach pokrewnych (z 4 lutego 1994 r, z późn. zmianami) zastrzegam, że wszystkie materiały zamieszczone na terazrozumiem.pl są objęte prawami autorskimi, a ich dalsze rozpowszechnianie bez mojej zgody jest zabronione