ऊर्जा वह है जो न केवल हमारे ग्रह पर, बल्कि ब्रह्मांड में भी जीवन को संभव बनाती है। हालाँकि, यह बहुत भिन्न हो सकता है। तो, गर्मी, ध्वनि, प्रकाश, बिजली, माइक्रोवेव, कैलोरी विभिन्न प्रकार की ऊर्जा हैं। हमारे चारों ओर होने वाली सभी प्रक्रियाओं के लिए यह पदार्थ आवश्यक है। पृथ्वी पर मौजूद अधिकांश ऊर्जा सूर्य से प्राप्त होती है, लेकिन इसके अन्य स्रोत भी हैं। सूर्य इसे हमारे ग्रह पर स्थानांतरित करता है, जितना कि एक ही समय में सबसे शक्तिशाली बिजली संयंत्रों में से 100 मिलियन का उत्पादन होगा।
ऊर्जा क्या है?
अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा प्रतिपादित सिद्धांत पदार्थ और ऊर्जा के बीच संबंध का अध्ययन करता है। यह महान वैज्ञानिक एक पदार्थ की दूसरे में बदलने की क्षमता को साबित करने में सक्षम था। उसी समय, यह पता चला कि निकायों के अस्तित्व में ऊर्जा सबसे महत्वपूर्ण कारक है, और पदार्थ गौण है।
ऊर्जा कुल मिलाकर कुछ काम करने की क्षमता है। वह वही है जो के लिए खड़ी हैकिसी पिंड को हिलाने या उसे नए गुण देने में सक्षम बल की अवधारणा। "ऊर्जा" शब्द का क्या अर्थ है? भौतिकी एक मौलिक विज्ञान है जिसके लिए विभिन्न युगों और देशों के कई वैज्ञानिकों ने अपना जीवन समर्पित किया। यहां तक कि अरस्तू ने भी "ऊर्जा" शब्द का इस्तेमाल मानव गतिविधि को संदर्भित करने के लिए किया था। ग्रीक भाषा से अनुवादित, "ऊर्जा" "गतिविधि", "शक्ति", "क्रिया", "शक्ति" है। पहली बार यह शब्द "भौतिकी" नामक यूनानी वैज्ञानिक के ग्रंथ में प्रकट हुआ।
अब आम तौर पर स्वीकृत अर्थ में, यह शब्द अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी थॉमस यंग द्वारा गढ़ा गया था। यह महत्वपूर्ण घटना 1807 में हुई थी। XIX सदी के 50 के दशक में। अंग्रेजी मैकेनिक विलियम थॉमसन "गतिज ऊर्जा" की अवधारणा का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे, और 1853 में स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी विलियम रैंकिन ने "संभावित ऊर्जा" शब्द पेश किया।
आज यह अदिश राशि भौतिकी की सभी शाखाओं में मौजूद है। यह गति के विभिन्न रूपों और पदार्थ की परस्पर क्रिया का एक मात्र माप है। दूसरे शब्दों में, यह एक रूप के दूसरे रूप में परिवर्तन का एक उपाय है।
माप और पदनाम
ऊर्जा की मात्रा जूल (J) में मापी जाती है। ऊर्जा के प्रकार के आधार पर इस विशेष इकाई के अलग-अलग पदनाम हो सकते हैं, उदाहरण के लिए:
- W सिस्टम की कुल ऊर्जा है।
- क्यू - थर्मल।
- यू - क्षमता।
ऊर्जा के प्रकार
प्रकृति में कई प्रकार की ऊर्जा होती है। मुख्य हैं:
- यांत्रिक;
- विद्युत चुम्बकीय;
- विद्युत;
- रासायनिक;
- थर्मल;
- परमाणु (परमाणु)।
ऊर्जा के अन्य प्रकार भी हैं: प्रकाश, ध्वनि, चुंबकीय। हाल के वर्षों में, भौतिकविदों की बढ़ती संख्या तथाकथित "अंधेरे" ऊर्जा के अस्तित्व की परिकल्पना के लिए इच्छुक है। इस पदार्थ के पहले सूचीबद्ध प्रकारों में से प्रत्येक की अपनी विशेषताएं हैं। उदाहरण के लिए, तरंगों का उपयोग करके ध्वनि ऊर्जा का संचार किया जा सकता है। वे लोगों और जानवरों के कानों में झुमके के कंपन में योगदान करते हैं, जिसकी बदौलत आवाज़ें सुनी जा सकती हैं। विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान, सभी जीवों के जीवन के लिए आवश्यक ऊर्जा जारी की जाती है। कोई भी ईंधन, भोजन, संचायक, बैटरियां इस ऊर्जा का भंडारण हैं।
हमारा तारा पृथ्वी को विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में ऊर्जा देता है। केवल इस तरह से वह ब्रह्मांड के विस्तार को पार कर सकता है। आधुनिक तकनीक के लिए धन्यवाद, जैसे कि सौर पैनल, हम इसका सबसे अधिक प्रभाव के लिए उपयोग कर सकते हैं। अतिरिक्त अप्रयुक्त ऊर्जा विशेष ऊर्जा भंडारण सुविधाओं में जमा हो जाती है। उपरोक्त प्रकार की ऊर्जा, थर्मल स्प्रिंग्स, नदियां, महासागर के उतार और प्रवाह के साथ, जैव ईंधन का अक्सर उपयोग किया जाता है।
यांत्रिक ऊर्जा
इस प्रकार की ऊर्जा का अध्ययन "यांत्रिकी" नामक भौतिकी की शाखा में किया जाता है। इसे E अक्षर से दर्शाया जाता है। इसे जूल (J) में मापा जाता है। यह ऊर्जा क्या है? यांत्रिकी का भौतिकी पिंडों की गति और एक दूसरे के साथ या बाहरी क्षेत्रों के साथ उनकी बातचीत का अध्ययन करता है। इस मामले में, निकायों की गति के कारण ऊर्जा को कहा जाता हैगतिज (एक द्वारा निरूपित), और निकायों या बाहरी क्षेत्रों की बातचीत के कारण ऊर्जा को संभावित (ईपी) कहा जाता है। गति और अंतःक्रिया का योग प्रणाली की कुल यांत्रिक ऊर्जा है।
दोनों प्रकार की गणना के लिए एक सामान्य नियम है। ऊर्जा की मात्रा निर्धारित करने के लिए, शरीर को शून्य अवस्था से इस अवस्था में स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक कार्य की गणना करना आवश्यक है। इसके अलावा, जितना अधिक काम होगा, इस अवस्था में शरीर में उतनी ही अधिक ऊर्जा होगी।
विभिन्न मानदंडों के अनुसार प्रजातियों का पृथक्करण
ऊर्जा बंटवारे के कई प्रकार होते हैं। विभिन्न मानदंडों के अनुसार, इसे बाहरी (गतिज और संभावित) और आंतरिक (यांत्रिक, थर्मल, विद्युत चुम्बकीय, परमाणु, गुरुत्वाकर्षण) में विभाजित किया गया है। विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा, बदले में, चुंबकीय और विद्युत में विभाजित होती है, और परमाणु ऊर्जा कमजोर और मजबूत अंतःक्रियाओं की ऊर्जा में विभाजित होती है।
गतिज
किसी भी गतिमान पिंड को गतिज ऊर्जा की उपस्थिति से पहचाना जाता है। इसे अक्सर कहा जाता है - ड्राइविंग। गतिमान पिंड की ऊर्जा धीमी होने पर नष्ट हो जाती है। इस प्रकार, गति जितनी तेज होगी, गतिज ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी।
जब कोई गतिमान पिंड किसी स्थिर वस्तु के संपर्क में आता है, तो गतिज वस्तु का एक हिस्सा उसे गति में स्थापित करते हुए स्थानांतरित कर दिया जाता है। गतिज ऊर्जा सूत्र इस प्रकार है:
शब्दों में इस सूत्र को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है: किसी वस्तु की गतिज ऊर्जा हैइसके द्रव्यमान के गुणनफल को इसकी गति के वर्ग से गुणा करें।
संभावित
इस प्रकार की ऊर्जा उन पिंडों के पास होती है जो किसी प्रकार के बल क्षेत्र में होते हैं। तो, चुंबकीय तब होता है जब कोई वस्तु चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में होती है। पृथ्वी पर सभी पिंडों में संभावित गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा होती है।
अध्ययन की वस्तुओं के गुणों के आधार पर उनमें विभिन्न प्रकार की स्थितिज ऊर्जा हो सकती है। तो, लोचदार और लोचदार निकाय जो खिंचाव करने में सक्षम होते हैं, उनमें लोच या तनाव की संभावित ऊर्जा होती है। कोई भी गिरता हुआ पिंड जो पहले गतिहीन था, क्षमता खो देता है और गतिज प्राप्त कर लेता है। इस मामले में, इन दो प्रकारों का मूल्य बराबर होगा। हमारे ग्रह के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में, संभावित ऊर्जा सूत्र इस तरह दिखेगा:
शब्दों में, इस सूत्र को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है: पृथ्वी के साथ परस्पर क्रिया करने वाली किसी वस्तु की स्थितिज ऊर्जा उसके द्रव्यमान, गुरुत्वाकर्षण के त्वरण और जिस ऊंचाई पर वह स्थित है, के गुणनफल के बराबर होती है।
यह अदिश मान एक संभावित बल क्षेत्र में स्थित एक भौतिक बिंदु (शरीर) के ऊर्जा आरक्षित की विशेषता है और क्षेत्र बलों के कार्य के कारण गतिज ऊर्जा प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। कभी-कभी इसे कोऑर्डिनेट फंक्शन कहा जाता है, जो सिस्टम के लैंग्रेंजियन (डायनेमिक सिस्टम का लैग्रेंज फंक्शन) में एक शब्द है। यह प्रणाली उनकी बातचीत का वर्णन करती है।
के लिए संभावित ऊर्जा शून्य के बराबर हैअंतरिक्ष में स्थित निकायों का एक निश्चित विन्यास। विन्यास का चुनाव आगे की गणना की सुविधा द्वारा निर्धारित किया जाता है और इसे "स्थितिज ऊर्जा का सामान्यीकरण" कहा जाता है।
ऊर्जा के संरक्षण का नियम
भौतिकी के सबसे बुनियादी अभिधारणाओं में से एक ऊर्जा के संरक्षण का नियम है। उनके अनुसार ऊर्जा कहीं से प्रकट नहीं होती और कहीं गायब नहीं होती। यह लगातार एक रूप से दूसरे रूप में बदलता रहता है। दूसरे शब्दों में, केवल ऊर्जा में परिवर्तन होता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक टॉर्च बैटरी की रासायनिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होती है, और इससे प्रकाश और गर्मी में। विभिन्न घरेलू उपकरण विद्युत ऊर्जा को प्रकाश, ऊष्मा या ध्वनि में बदलते हैं। अक्सर, परिवर्तन का अंतिम परिणाम गर्मी और प्रकाश होता है। उसके बाद, ऊर्जा आसपास के स्थान में चली जाती है।
ऊर्जा का नियम कई भौतिक घटनाओं की व्याख्या कर सकता है। वैज्ञानिकों का तर्क है कि ब्रह्मांड में इसका कुल आयतन लगातार अपरिवर्तित रहता है। कोई भी ऊर्जा को नए सिरे से उत्पन्न या नष्ट नहीं कर सकता। इसके प्रकारों में से एक को विकसित करते हुए, लोग ईंधन, गिरते पानी, एक परमाणु की ऊर्जा का उपयोग करते हैं। साथ ही इसका एक रूप दूसरे में बदल जाता है।
1918 में, वैज्ञानिक यह साबित करने में सक्षम थे कि ऊर्जा के संरक्षण का नियम समय की अनुवाद संबंधी समरूपता का एक गणितीय परिणाम है - संयुग्म ऊर्जा का मूल्य। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा का संरक्षण इस तथ्य के कारण होता है कि भौतिकी के नियम अलग-अलग समय पर भिन्न नहीं होते हैं।
ऊर्जा गुण
ऊर्जा शरीर की कार्य करने की क्षमता है। बंद मेंभौतिक प्रणालियों, यह पूरे समय (जब तक सिस्टम बंद है) के दौरान संरक्षित है और गति के तीन योगात्मक अभिन्नों में से एक है जो गति के दौरान मूल्य को संरक्षित करता है। इनमें शामिल हैं: ऊर्जा, कोणीय गति, गति। "ऊर्जा" की अवधारणा का परिचय उचित है जब भौतिक प्रणाली समय में सजातीय हो।
शरीर की आंतरिक ऊर्जा
यह आणविक अंतःक्रियाओं की ऊर्जा और इसे बनाने वाले अणुओं की तापीय गति का योग है। इसे सीधे मापा नहीं जा सकता क्योंकि यह प्रणाली की स्थिति का एक स्पष्ट कार्य है। जब भी कोई प्रणाली किसी दी गई अवस्था में खुद को पाती है, तो उसकी आंतरिक ऊर्जा का अपना अंतर्निहित मूल्य होता है, चाहे सिस्टम के अस्तित्व का इतिहास कुछ भी हो। एक भौतिक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन हमेशा अंतिम और प्रारंभिक अवस्थाओं में इसके मूल्यों के अंतर के बराबर होता है।
गैस की आंतरिक ऊर्जा
ठोस के अतिरिक्त गैसों में भी ऊर्जा होती है। यह प्रणाली के कणों की तापीय (अराजक) गति की गतिज ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें परमाणु, अणु, इलेक्ट्रॉन, नाभिक शामिल हैं। एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा (गैस का गणितीय मॉडल) उसके कणों की गतिज ऊर्जाओं का योग है। यह स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या को ध्यान में रखता है, जो अंतरिक्ष में अणु की स्थिति निर्धारित करने वाले स्वतंत्र चर की संख्या है।
ऊर्जा का उपयोग
हर साल मानवता अधिक से अधिक ऊर्जा संसाधनों की खपत करती है। अक्सर ऊर्जा के लिए,हमारे घरों को प्रकाश और गर्म करने के लिए आवश्यक, वाहनों के संचालन और विभिन्न तंत्रों, कोयला, तेल और गैस जैसे जीवाश्म हाइड्रोकार्बन का उपयोग किया जाता है। वे गैर-नवीकरणीय संसाधन हैं।
दुर्भाग्य से, हमारे ग्रह की ऊर्जा का केवल एक छोटा सा अंश पानी, हवा और सूर्य जैसे नवीकरणीय संसाधनों से आता है। आज तक, ऊर्जा क्षेत्र में उनकी हिस्सेदारी केवल 5% है। अन्य 3% लोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उत्पादित परमाणु ऊर्जा के रूप में प्राप्त करते हैं।
गैर-नवीकरणीय संसाधनों में निम्नलिखित भंडार हैं (जूल में):
- परमाणु ऊर्जा - 2 x 1024;
- गैस और तेल ऊर्जा - 2 x 10 23;
- ग्रह की आंतरिक गर्मी - 5 x 1020।
पृथ्वी के नवीकरणीय संसाधनों का वार्षिक मूल्य:
- सौर ऊर्जा - 2 x 1024;
- हवा - 6 x 1021;
- नदियां - 6, 5 x 1019;
- समुद्री ज्वार - 2.5 x 1023.
पृथ्वी के गैर-नवीकरणीय ऊर्जा भंडार के उपयोग से नवीकरणीय ऊर्जा के लिए समय पर संक्रमण के साथ, मानवता के पास हमारे ग्रह पर एक लंबे और खुशहाल अस्तित्व का मौका है। अत्याधुनिक विकास को लागू करने के लिए, दुनिया भर के वैज्ञानिक ऊर्जा के विभिन्न गुणों का ध्यानपूर्वक अध्ययन करना जारी रखते हैं।
