علوم پایه، فیزیک 35307 بازدید

در زندگی روزمره خود بارها از این کلمه استفاده می‌کنیم. وقتی خسته هستیم و کاری از ما خواسته می‌شود، با اعلام جمله بسیار پرکاربرد «خسته‌ام!»، از دیگران می‌خواهیم برای انجام کار روی ما حساب باز نکنند. شاید این بیان شبیه یک شوخی باشد ولی خسته‌ام یک معادل علمی هم دارد «انرژی انجام کار را ندارم». این جمله را به خاطر بسپارید و دفعات بعدی که از شما خواسته شد کاری انجام دهید و به شما اعتراضی مبنی بر اینکه «تو هم که همیشه خسته‌ای!» وارد شد، برای تنوع از بیان علمی این کلمه استفاده کنید. اگر می‌خواهید بیشتر در مورد انرژی و تبدیل های آن بدانید این مطلب جواب سوالات شما در مورد انرژی چیست و تبدلات انرژی چگونه است را ارائه می‌دهد.

انرژی چیست؟

انرژی توانایی انجام دادن کار است. انرژی و تبدیل های آن به معنای واقعی کلمه همه جا در اطراف ما و حتی درون ما است. در حقیقت می‌توان گفت تمام جهان ما از انرژی ساخته شده است. انواع مختلفی از انرژی وجود دارد از انرژی نور و گرما گرفته تا نیروی جاذبه، انرژی شیمیایی و انرژی الکتریکی، همه ما هر روز از ترکیبی از انواع مختلف انرژی استفاده می‌کنیم.

انواع انرژی
تصویر ۱: انرژی و تبدیل های آن ‌در اطراف ما

انرژی همه کارها را برای ما انجام می‌دهد ماشین‌ها را جابه‌جا می‌کند، غذاها را می‌پزد، آهنگ‌های مورد علاقه ما را پخش می‌کند و نور و گرمای خانه‌هایمان را تأمین می‌کند. انرژی همچنین به رشد بدن و ذهن ما نیز کمک می‌کند. بنابراین انرژی قدرت تغییر دادن، انجام دادن، حرکت کردن و کار کردن اجسام است.

ولی نکته‌ای که در این تعریف به نظر می‌رسد این است که کار چیست؟ در هر فعالیتی که نیرویی وارد شود و جابه‌جایی صورت گیرد کار انجام شده است. گاهی ممکن است شما به یک جسم نیرو وارد کنید ولی جسم جابه‌جا نشود، در این حالت کاری صورت نگرفته است.

همان‌طور که در مطلب مربوط به یکاها بیان کردیم واحد استاندارد جابه‌جایی متر (m) است و واحد نیرو نیز به افتخار آقای نیوتن به همین نام یعنی نیوتن (N) شناخته می‌شود. البته واحد استاندارد نیرو کیلوگرم در متر بر مجذور ثانیه یا ($$\frac{kg\ .m}{s^{2}}$$) است. بیان ریاضی مفهوم کار به صورت زیر است:

$$\large W=F.d$$

واحد کار یا کار مکانیکی برابر با $$N.m$$ یا $$\frac{kg\ . m^{2}}{s^{2}}$$ است. واحد دیگری که به کار نسبت می‌دهند به افتخار کاشف آن آقای ژول به همین نام یعنی ژول (J) است.

برای آشنایی بیشتر با منابع انرژی در فیزیک، می‌توانید فیلم آموزش فیزیک پایه ۱ را که توسط فرادرس ارائه شده است مشاهده کنید. لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

انواع انرژی

انواع مختلفی از انرژی وجود دارد که همه به دو حالت اصلی جنبشی و پتانسیل دسته‌بندی می‌شوند. انرژی جنبشی  مربوط به یک جسم در حال حرکت و انرژی پتانسیل به معنی انرژی ذخیره شده در جسم است. ولی انرژی با توجه به منابع انرژی تولید شده آن انواع مختلفی از جمله انرژی حرارتی، انرژی تابشی، انرژی حرکتی، صدا، انرژی گرانشی و … دارد.

انرژی جنبشی

انرژی موجود در اجسام یا جرم متحرک را انرژی جنبشی می‌گوییم. انرژی باد را در نظر بگیرید، مولکول‌های گاز در هوا در حال حرکت هستند و به باد انرژی جنبشی می‌دهند.

انرژی جنبشی
تصویر ۲: انرژی و تبدیل های آن؛ انرژی جنبشی

رابطه انرژی جنبشی اجسام به صورت زیر و واحد آن همانند کار ژول یا ($$\frac{kg\ .m}{s^{2}}$$) است.

$$\large k=\frac{1}{2}mv^{2}$$

فیلم‌های آموزشی مرتبط

انرژی پتانسیل

هر نوع انرژی که می‌تواند برای استفاده در جسم ذخیره شود را انرژی پتانسیل می‌گوییم؛ به عنوان مثال آب ذخیره شده در یک سد برای تولید برق نوعی انرژی پتانسیل است.

انرژی پتانسیل
تصویر ۳: انرژی و تبدیل های آن؛ انرژی پتانسیل

انرژی و تبدیل های آن

انرژی می‌تواند از یک شکل به شکل دیگر تبدیل شود که به آن تبدیل انرژی می‌گوییم. همچنین انرژی می‌تواند از جسمی به جسم دیگر منتقل شود که به آن انتقال انرژی می‌گوییم. اما در هر دو فرآیندِ تبدیل و انتقال، انرژی هرگز نمی‌تواند از بین برود یا تولید شود، این اصل تحت عنوان اصل پایستگی انرژی یا قانون اول ترمودینامیک شناخته می‌شود.

در تبدیل انرژی می‌توان فرآیند‌های زیر را بررسی کرد:

  1. در خورشید انرژی هسته‌ای به گرما و نور تبدیل می‌شود.
  2. بدن ما انرژی شیمیایی حاصل از موادغذایی که می‌خوریم را به انرژی مکانیکی برای حرکت تبدیل می‌کند.
  3. یک پنکه انرژی الکتریکی را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کند.
  4. در اثر رعد و برق یا همان صاعقه انرژی الکتریکی به نور، گرما و صوت تبدیل می‌شود.
تبدیل های انرژی
تصویر ۴: انواع انرژی و تبدیل های آن

فرض کنید یک استخر آب دارید که صاف و بی‌حرکت است. در آب استخر انرژی وجود ندارد و با قرار دادن یک توپ روی سطح آب، توپ در همان حالت باقی می‌ماند.

آب استخر در حال سکون
تصویر ۵: آب استخر ساکن

در مرحله بعدی تصور کنید که زلزله‌ای رخ دهد و استخر را تکان دهد. آب داخل استخر شروع به حرکت می‌کند و مولکول‌های آب را به سمت عقب و جلو حرکت می‌دهد. این حرکت به صورت موج دیده می‌شود. اکنون استخر دارای انرژی است و ظرفیت انجام کار را دارد. توپ روی سطح از موقعیت خود روی سطح استخر حرکت می‌کند و به منطقه‌ای در استخر با انرژی کمتر منتقل می شود (چرا توپ به منطقه‌ای با انرژی کمتر منتقل می‌شود؟).

سطح متلاطم استخر
تصویر ۶: حرکت امواج در سطح آب. این سطح در این حالت توانایی انجام کار را انرزی دارد.

این مطلب را با بررسی چند مثال به پایان می‌بریم.

مثال ۱: در گزینه‌های داده شده و با توجه به جدول زیر پاسخی را انتخاب کنید که با تعاریف مطابقت داشته باشد.

۱. نور، ۲. صوت، ۳. جنبشی، ۴. گرمایی، ۵. مهندس، ۶. شیمیایی، ۷. پتانسیل، ۸. انرژی، ۹. مکانیکی، ۱۰. هسته‌ای، ۱۱. زیست توده.

تعریف گزینه‌ها
۱ توانایی انجام کار
۲ انرژی ذخیره شده در پیوندهای شیمیایی که در واکنش‌های شیمیایی آزاد می‌شود.
۳ انرژی موجود در صفحه نمایش کامپیوتر، خورشید و لامپ.
۴ مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل در یک جسم.
۵ انرژی موجود در یک سورتمه در بالای تپه.
۶ انرژی موجود در یک سورتمه در پایین تپه.
۷ انرژی مولکو‌ل‌های یک جسم در حال ارتعاش.
۸ انرژی آزاد شده از شکافت یک اتم.
۹ رادیو، گیتار و آلات موسیقی این انرژی را تولید می‌کنند.
۱۰ فردی که سیستم‌های مطمئن انرژی طراحی می‌کند.
11 دسته‌ای چوب که در حال سوختن است.

پاسخ: جواب تعاریف داده شده در جدول بالا به صورت زیر است:

تعریف گزینه‌ها
۱ توانایی انجام کار انرژی
۲ انرژی ذخیره شده در پیوندهای شیمیای که در واکنش‌های شیمیایی آزاد می‌شود. شیمیایی
۳ انرژی موجود در صفحه نمایش کامپیوتر، خورشید و لامپ. نور
۴ مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل در یک جسم. مکانیکی
۵ انرژی موجود در یک سورتمه در بالای تپه. پتانسیل
۶ انرژی موجود در یک سورتمه در پایین تپه. جنبشی
۷ انرژی مولکو‌ل‌های یک جسم در حال ارتعاش. گرمایی
۸ انرژی آزاد شده از شکافت یک اتم. هسته‌ای
۹ رادیو، گیتار و آلات موسیقی این انرژی را تولید می‌کنند. صوت
۱۰ فردی که سیستم‌های مطمئن انرژی طراحی می‌کند. مهندس
۱۱ دسته‌ای چوب که در حال سوختن است. زیست توده

مثال ۲: فردی با نیروی افقی $$325\ (N)$$ جسمی را به اندازه $$2$$ متر در راستای افقی جابه‌جا می‌کند. کاری که این شخص انجام می‌دهد چه قدر است؟

پاسخ: با استفاده از رابطه بین کار، نیرو و جابه جایی به راحتی داریم:

$$\large W=F.d= 325\times2=650\ (j)$$

فیلم‌های آموزشی مرتبط

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

بر اساس رای 257 نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

15 نظر در “انرژی چیست ؟ — تعریف، تبدیل های انرژی و مثال | به زبان ساده

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *