Energia

Energia on kaikilla fysiikan aloilla esiintyvä suure.

Energiaa esiintyy monina eri energiamuotoina.

Esim. potentiaalienergia, liike-energia,

kemiallinen energia.

Tunnus E (energy), yksikkö J (joule)

Energiaa ei synny eikä häviä, se vain muuttaa muotoaan.

Energia määritellään usein voiman, kappaleen tai systeemin kyvyksi tehdä työtä

CC BY Jesus Solana

Auringon säteilyenergia

Kasvin

kemiallinen energia

Energiaa ei synny eikä häviä, se vain muuttaa muotoaan.

yhteyttäminen

Veden potentiaalienergia

Veden

liike-energia

Energiaa ei synny eikä häviä, se vain muuttaa muotoaan.

gravitaatio

CC BY Anita Ritenour

Vapaa energia

liike-energia
lämpöenergia
säteilyenergia

esimerkiksi

Sidottu energia

esimerkiksi

potentiaalienergia
kemiallinen energia
ydinenergia

Energiamuodot

Potentiaalienergia on kappaleen paikasta ja painosta riippuvaa energiaa.

Kemiallinen energia on aineen kemiallisiin sidoksiin liiittyvää energiaa.

Atomin ytintä koossa pitävään vahvaan vuorovaikutukseen liittyvä energia on ydinenergiaa.

Sidottu energia

Sidottu energia on vapautettava ennen kuin sitä voidaan käyttää hyväksi.

Vapaa energia

Lämpöenergia on aineen rakenneosien liikkeeseen liittyvää energiaa.

Liike-energia on kappaleen liikkeeseen liittyvää energiaa.

Vapaat energiamuodot ovat suoraan hyödynnettävissä.

Säteily-energia on sähkömagneettiseen säteilyyn tai hiukkassäteilyyn liittyvää energiaa.

CC BY Mindaugas Danys

Kemiallinen energia

Lämpöenergia

Säteilyenergia

palaminen

Energian säilymislaki

Energia ei häviä tai synny, mutta se muuntuu muodosta toiseen.

E_{\text{aluksi}}=E_{\text{lopuksi}}

E ​ a l u k s i ​ ​ = E ​ l o p u k s i ​ ​

Potentiaalienergia

Liike-energia

E_{p}=mg\color{CornflowerBlue}{h}

E ​ p ​ ​ = m g h

E_{k}=\dfrac{1}{2}m\color{Salmon}{v}^2

E ​ k ​ ​ = \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 ​} m v ​ 2 ​ ​

m \text{ massa}

m m a s s a

g \text{ putoamiskiihtyvyys}

g p u t o a m i s k i i h t y v y y s

h \text{ korkeus vertailutasosta}

h k o r k e u s v e r t a i l u t a s o s t a

m \text{ massa}

m m a s s a

v \text{ nopeus}

v n o p e u s

Esimerkki

Kukkaruukku, jonka massa on 1,5 kg, putoaa 18 metrin korkeudelta maahan.

Kuinka suuri on kukkaruukun potentiaalienergia maanpintaan verrattuna?

Kuinka suuri on ruukun liike-energia, kun se osuu maahan?

Mikä on ruukun nopeus sen osuessa maahan?

Ratkaisu

Kirjataan lähtöarvot

m=1,5 \text{ kg}, \ h=18 \text{ m}, \ g=9,81 \text{ m/s}^2

m = 1, 5 k g, h = 18 m, g = 9, 81 m / s ​ 2 ​ ​

Lasketaan ruukun potentiaalienergia

E_p=mgh

E ​ p ​ ​ = m g h

E_p=1,5 \text{ kg} \cdot 9,81 \text{ m/s}^2 \cdot 18 \text{ m}

E ​ p ​ ​ = 1, 5 k g \cdot 9, 81 m / s ​ 2 ​ ​ \cdot 18 m

E_p\approx 260 \text{ J}

E ​ p ​ ​ \approx 260 J

Oletetaan, että energia säilyy putoamisen aikana.

potentiaalienergia

Liike-energia on siis yhtä suuri kuin potentiaalienergia

liike-energia

E_k\approx 260 \text{ J}

E ​ k ​ ​ \approx 260 J

Ratkaisu

Kirjataan lähtöarvot

m=1,5 \text{ kg}, \ h=18 \text{ m}, \ g=9,81 \text{ m/s}^2

m = 1, 5 k g, h = 18 m, g = 9, 81 m / s ​ 2 ​ ​

\overline{v}

​ v ​ ​ ​

Oletetaan, että ruukun potentiaali-energia muuttuu kokonaisuudessaan liike-energiaksi.

mg\color{CornflowerBlue}{h} = \dfrac{1}{2}m\color{Salmon}{v}^2

m g h = \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 ​} m v ​ 2 ​ ​

||:m

∣ ∣ : m

g\color{CornflowerBlue}{h} = \dfrac{1}{2}\color{Salmon}{v}^2

g h = \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 ​} v ​ 2 ​ ​

||\cdot 2

∣ ∣ \cdot 2

2g\color{CornflowerBlue}{h} =\ \color{Salmon}{v}^2

2 g h = v ​ 2 ​ ​

||\sqrt{}

∣ ∣ \sqrt

\color{Salmon}{v}=\sqrt{2g\color{CornflowerBlue}{h} }

v = \sqrt ​ 2 g h ​ ​ ​

Sijoitetaan lukuarvot.

Ratkaistaan ruukun loppunopeus

\color{Salmon}{v}=\sqrt{2\cdot 9,81 \text{ m/s}^2\cdot\color{CornflowerBlue}{18 \text{ m}} }

v = \sqrt ​ 2 \cdot 9, 81 m / s ​ 2 ​ ​ \cdot 18 m ​ ​ ​

\color{Salmon}v \approx 19 \text{ m/s}

v \approx 19 m / s

Energialähteet

Sähköenergian tuottamiseen tarvitaan energialähteitä.

Suurin osa maapallon energialähteistä liittyy Aurinkoon