Енергія

Механічна енергія — енергія, яку фізичне тіло має завдяки рухові чи перебуванні в полі потенціальних сил.Механічна енергія дорівнює сумі кінетичної та потенціальної.

Кінетична енергія — частина енергії фізичної системи, яку вона має завдяки руху.

Хімічна енергія — загальний термін, яким визначають ту частину енергії зв'язку молекул, яку можна перетворити в інші види енергії за допомогою хімічних реакцій і використати. Хімічна енергія може бути перетворена або на тепло, наприклад через горіння, або в електричну енергію, скажімо, в гальванічних елементах. Іноді, хімічні реакції супроводжуються світінням, тож частина хімічної енергії в них перетворюється на світлову. Хімічна енергія горючих корисних копалин — один із основних видів енергії, що його використовує людство на сучасному щаблі розвитку.Термін хімічна енергія не є чітко визначеним. Він вживається для загального окреслення виду енергії. У фізиці й хімії для проведення розрахунків застосовують точніші терміни, наприклад, теплота згоряння у фізиці, або ентальпія хімічної реакції у хімії. Точні визначення, охоплюють також особливості умов хімічної реакції, в якій виділяється енергія. Наприклад, якщо хімічні реакції відбуваються при постійному тиску, то зручно використовувати термодинамічний потенціал ентальпію, яка добре характеризує ізобаричні процеси.Інакше, хімічна енергія — це енергія хімічних речовин, яка виділяється, коли речовини вступають у хімічну реакцію та перетворюються на інші речовини. Деякими прикладами засобів зберігання хімічної енергії, є електричні батареї, їжа, бензин, сірник, тощо. Розрив і відновлення хімічних зв'язків вимагає енергії, яка може бути поглинена хімічною системою, або виділена з неї. Якщо реагенти з відносно слабкими електронними парними зв'язками, перетворюються на речовини з більш міцними зв'язками, енергія вивільняється.Отож відносно слабко зв'язані та нестабільні молекули, накопичують хімічну енергію.Зміна внутрішньої енергії хімічного процесу дорівнює теплообміну, якщо це вимірюється за умов незмінного об'єму й однакових початкової та кінцевої температур, як от у закритому вмістищі. Однак за умов постійного тиску, стосовно реакцій у посудинах відкритих для атмосфери, виміряна зміна тепла, не завжди дорівнює зміні внутрішньої енергії, оскільки робота тиску й об'єму також виділяє або поглинає енергію.Хімічна передбачувана енергія — це різновид потенційної енергії, яка пов'язана зі структурним розташуванням атомів або молекул. Таке відносне їхнє розміщення, може бути наслідком хімічних зв'язків усередині молекули, або взаємодії між ними. Наприклад, зелені рослини перетворюють сонячну енергію на хімічну (здебільшого кисень) за допомогою явища фотосинтезу, а електричну енергію можна перетворити на хімічну енергію, та навпаки (акумулятор), за допомогою електрохімічних реакцій.

Електрична енергія, або електроенергія — вид енергії, що існує у вигляді потенціальної енергії електричного й магнітних полів та енергії електричного струму.Завдяки зручній технології виробництва, розподілу й споживання, електрична енергія займає чільне місце серед інших видів енергії, що їх споживає людство.Електричну енергію для виробничого і побутового споживання отримують шляхом перетворення інших видів енергії. Її джерелами може бути хімічна енергія, механічна енергія, наприклад, води чи вітру, ядерна енергія, теплова енергія, світлова енергія. При виробництві електричної енергії хімічна або ядерна енергія зазвичай спочатку перетворюються в теплову, а тільки потім в енергію електричного струму.До споживача електрична енергія поставляється через електромережу. Споживач використовує електричну енергію для виконання механічної роботи, опалення, освітлення, комунікації тощо.

Ядерна енергія (атомна енергія) — внутрішня енергія атомних ядер, що виділяється при деяких ядерних перетвореннях.Використання ядерної енергії засновано на здійсненні ланцюгових реакцій поділу важких ядер і реакцій термоядерного синтезу легких ядер.Атомна енергія — енергія, що виділяється під час перетворень атомних ядер. Перетворення ці можуть відбуватися спонтанно (див. Радіоактивність) або при зіткненнях із ядрами нейтронів чи прискорених заряджених частинок (див. Ядерні реакції). Ця енергія в мільйони разів перевищує хімічну енергію, яка виділяється, наприклад, при горінні.Атомна енергія зумовлена ядерними силами, які діють між нуклонами, тобто нейтронами, і протонами. У формуванні енергії ядра беруть участь два типи сил: притягання між усіма нуклонами шляхом залишкової сильної взаємодії, та кулонівське відштовхування між додатно зарядженими протонами.

Енергія зв'язку, яка припадає на 1 нуклон, неоднакова для різних ядер. Вона найбільша для ядер середньої маси (8,6 МеВ); для найважчих ядер — бл. 7,5 МеВ; для легких ядер вона змінюється від 1,1 МеВ (дейтерій) до 7,0 МеВ (4He). Перетворення ядер із меншою енергією зв'язку, що припадає на 1 нуклон, в ядра з більшою енергією зв'язку супроводжується виділенням енергії. Наприклад, якщо поділити ядро з атомною масою А = 200 та середньою енергією зв'язку нуклонів 7,5 МеВ на два ядра з середньою енергією 8,6 МеВ, то при цьому виділиться енергія Е = 200 X (8,6—7,5) = 220 МеВ. Якщо утворити ядро гелію з двох ядер дейтерію, то виділиться енергія Е = 4 х (7 — 2·1,1) = 23,6 МеВ.

Для одержання атомної енергії можна використати ядерні реакції поділу та ядерні реакції синтезу. Реакції синтезу можуть відбуватися тільки тоді, коли ядра наближаються одне до одного на відстань, меншу за 10^−13 см, на якій починають діяти ядерні сили. Зближенню ядер протидіють кулонівські сили відштовхування; тому, щоб ці сили подолати, ядра повинні мати достатню енергію. Одержання вільних нейтронів і прискорення заряджених частинок вимагає витрат енергії. Імовірність влучання таких частинок у ядра дуже мала. Тому витрачена енергія перевищує енергію, яка виділяється при ядерних реакціях. Енергетичний виграш можна отримати тільки в тому випадку, коли перетворення відбувається внаслідок ланцюгових реакцій. Реакції синтезу можуть бути ланцюговими при дуже високих температурах — в десятки та навіть сотні мільйонів градусів (див. Термоядерні реакції). При цих умовах речовина існує у вигляді плазми, і енергія окремих частинок плазми (ε = 3/2 kT) достатня для подолання кулонівського відштовхування. Такі високі температури існують в надрах зірок, однією з яких є Сонце. Саме внаслідок термоядерних реакцій синтезу Сонце випромінює енергію.В галузі опанування керованими термоядерними реакціями синтезу вже розв'язано одну з основних проблем — термічну ізоляцію плазми, яка здійснюється за допомогою магнітних полів. Особливо важливим у реакціях синтезу є те, що як «пальне» для них можна використовувати дейтерій у практично необмеженій кількості. Дейтерій міститься у важкій воді, яка є домішкою до води морів і океанів.

Ланцюгові реакції поділу можуть відбуватися тому, що поділ кожного ядра супроводжується виділенням кількох нейтронів, які при захваті їх іншими ядрами знову можуть спричинити поділ з виділенням нових нейтронів, і т. д. Якщо створити умови, при яких кількість виділених нейтронів, що спричиняють поділ нових ядер, буде, в середньому більша від одного нейтрона на поділ, ланцюгова реакція зможе самопідтримуватися. Якщо ланцюгова реакція розвивається дуже швидко, то вона набуває характеру вибуху, як, наприклад, в атомній бомбі. Після вибуху атомної бомби виникає дуже висока температура. яка є необхідною умовою протікання термоядерних реакцій; це використовується поки що лише у водневій бомбі. Швидкість ланцюгових реакцій поділу регулюють поки що тільки в ядерних реакторах. Енергія, що виділяється внаслідок цих реакцій, відводиться від реактора у вигляді тепла за допомогою теплоносіїв, якими можуть бути вода, пара, рідкі метали, гази тощо. Ця теплова енергія використовується на ядерних електростанціях і в атомних двигунах.

Тепло або Теплова енергія — енергія руху атомів, молекул або інших частинок, з яких складається тіло. Теплова енергія може виділятися завдяки хімічним реакціям (горіння), ядерним реакціям (ядерний розпад і синтез), механічним взаємодіям (тертя). Тепло може передаватися між тілами задопомогою теплопровідності, конвекції або випромінвання.Теплові явища вивчаються розділом фізики, який називається термодинамікою.Теплова енергія не є чітко визначеною кількісною характеристикою термодинамічної системи. Для кількісного аналізу стану системи й передачі теплової енергії між тілами використовують різноманітні термодинамічні потенціали.