Nishati ndiyo inayowezesha maisha sio tu kwenye sayari yetu, bali pia Ulimwenguni. Hata hivyo, inaweza kuwa tofauti sana. Kwa hiyo, joto, sauti, mwanga, umeme, microwaves, kalori ni aina tofauti za nishati. Kwa taratibu zote zinazofanyika karibu nasi, dutu hii ni muhimu. Nishati nyingi zilizopo Duniani hupokea kutoka kwa Jua, lakini kuna vyanzo vingine vya hiyo. Jua huihamisha hadi kwenye sayari yetu kiasi cha mitambo milioni 100 ya mitambo yenye nguvu zaidi ingezalisha kwa wakati mmoja.
Nishati ni nini?
Nadharia iliyotolewa na Albert Einstein inachunguza uhusiano kati ya maada na nishati. Mwanasayansi huyu mkuu aliweza kuthibitisha uwezo wa dutu moja kugeuka kuwa nyingine. Wakati huo huo, iliibuka kuwa nishati ndio jambo muhimu zaidi katika uwepo wa miili, na maada ni ya pili.
Nishati ni, kwa kiasi kikubwa, uwezo wa kufanya kazi fulani. Yeye ndiye anayesimamadhana ya nguvu inayoweza kusonga mwili au kuupa mali mpya. Neno "nishati" linamaanisha nini? Fizikia ni sayansi ya kimsingi ambayo wanasayansi wengi kutoka enzi na nchi tofauti walijitolea maisha yao. Hata Aristotle alitumia neno "nishati" kurejelea shughuli za wanadamu. Ilitafsiriwa kutoka kwa lugha ya Kigiriki, "nishati" ni "shughuli", "nguvu", "tendo", "nguvu". Mara ya kwanza neno hili lilionekana katika risala ya mwanasayansi wa Kigiriki iitwayo "Fizikia".
Kwa maana inayokubalika sasa kwa jumla, neno hili liliasisiwa na mwanafizikia Mwingereza Thomas Young. Tukio hili muhimu lilifanyika nyuma mnamo 1807. Katika miaka ya 50 ya karne ya XIX. mekanika wa Kiingereza William Thomson alikuwa wa kwanza kutumia dhana ya "kinetic energy", na mwaka 1853 mwanafizikia wa Scotland William Rankin alianzisha neno "potential energy".
Leo idadi hii ya scalar inapatikana katika matawi yote ya fizikia. Ni kipimo kimoja cha aina mbalimbali za mwendo na mwingiliano wa jambo. Kwa maneno mengine, ni kipimo cha mabadiliko ya umbo moja hadi nyingine.
Vipimo na nyadhifa
Kiasi cha nishati hupimwa kwa joules (J). Kitengo hiki maalum, kulingana na aina ya nishati, kinaweza kuwa na sifa tofauti, kwa mfano:
- W ndio jumla ya nishati ya mfumo.
- Q - joto.
- U - uwezo.
Aina za nishati
Kuna aina nyingi tofauti za nishati asilia. Zilizo kuu ni:
- mitambo;
- umeme;
- umeme;
- kemikali;
- joto;
- nyuklia (atomiki).
Kuna aina nyingine za nishati: mwanga, sauti, sumaku. Katika miaka ya hivi karibuni, idadi inayoongezeka ya wanafizikia wana mwelekeo wa nadharia ya uwepo wa nishati inayoitwa "giza". Kila moja ya aina zilizoorodheshwa hapo awali za dutu hii ina sifa zake. Kwa mfano, nishati ya sauti inaweza kupitishwa kwa kutumia mawimbi. Wanachangia vibration ya eardrums katika sikio la watu na wanyama, shukrani ambayo sauti inaweza kusikika. Wakati wa athari mbalimbali za kemikali, nishati muhimu kwa maisha ya viumbe vyote hutolewa. Mafuta yoyote, chakula, vilimbikizi, betri ndizo hifadhi ya nishati hii.
Nyota yetu huipa Dunia nishati katika umbo la mawimbi ya sumakuumeme. Ni kwa njia hii tu inaweza kushinda upanuzi wa Cosmos. Shukrani kwa teknolojia ya kisasa, kama vile paneli za jua, tunaweza kuitumia kwa matokeo bora zaidi. Nishati ya ziada isiyotumiwa hukusanywa katika vituo maalum vya kuhifadhi nishati. Pamoja na aina zilizo hapo juu za nishati, chemchemi za joto, mito, utiririshaji na utiririshaji wa bahari, nishati ya mimea hutumika mara nyingi.
Nishati Mitambo
Aina hii ya nishati inasomwa katika tawi la fizikia linaloitwa "Mechanics". Inaonyeshwa na barua E. Inapimwa kwa joules (J). Nishati gani hii? Fizikia ya mechanics inasoma mwendo wa miili na mwingiliano wao na kila mmoja au na nyanja za nje. Katika kesi hiyo, nishati kutokana na harakati za miili inaitwakinetic (iliyoonyeshwa na Ek), na nishati kutokana na mwingiliano wa miili au nyanja za nje inaitwa uwezo (Ep). Jumla ya mwendo na mwingiliano ni jumla ya nishati ya kimitambo ya mfumo.
Kuna kanuni ya jumla ya kukokotoa aina zote mbili. Kuamua kiasi cha nishati, ni muhimu kuhesabu kazi inayohitajika kuhamisha mwili kutoka hali ya sifuri hadi hali hii. Zaidi ya hayo, kadiri kazi inavyoongezeka, ndivyo mwili unavyokuwa na nguvu nyingi katika hali hii.
Mgawanyo wa spishi kulingana na vigezo tofauti
Kuna aina kadhaa za kushiriki nishati. Kwa mujibu wa vigezo mbalimbali, imegawanywa katika: nje (kinetic na uwezo) na ndani (mitambo, mafuta, umeme, nyuklia, mvuto). Nishati ya sumakuumeme, kwa upande wake, imegawanywa katika sumaku na umeme, na nishati ya nyuklia imegawanywa katika nishati ya mwingiliano dhaifu na wenye nguvu.
Kinetic
Miili yoyote inayosonga inatofautishwa na uwepo wa nishati ya kinetiki. Mara nyingi huitwa hivyo - kuendesha gari. Nishati ya mwili inayosonga hupotea inapopungua. Kwa hivyo, kadri kasi inavyokuwa kasi ndivyo nishati ya kinetiki inavyokuwa kubwa zaidi.
Kiwiliwili kinachosogea kinapogusana na kitu kisichosimama, sehemu ya kinetiki huhamishiwa kwenye kile cha pili, na kukiweka katika mwendo. Fomula ya nishati ya kinetiki ni kama ifuatavyo:
Kwa maneno, fomula hii inaweza kuonyeshwa kama ifuatavyo: nishati ya kinetic ya kitu ninusu ya bidhaa ya wingi wake mara ya mraba ya kasi yake.
Uwezo
Aina hii ya nishati inamilikiwa na miili iliyo katika aina fulani ya uga wa nguvu. Kwa hiyo, magnetic hutokea wakati kitu kiko chini ya ushawishi wa shamba la magnetic. Miili yote duniani ina uwezo wa nishati ya uvutano.
Kulingana na sifa za vitu vya utafiti, vinaweza kuwa na aina tofauti za nishati inayoweza kutokea. Kwa hivyo, miili ya elastic na elastic ambayo ina uwezo wa kunyoosha, ina nishati inayowezekana ya elasticity au mvutano. Mwili wowote unaoanguka ambao hapo awali haukuwa na mwendo hupoteza uwezo na hupata kinetic. Katika kesi hii, thamani ya aina hizi mbili itakuwa sawa. Katika nyanja ya uvutano ya sayari yetu, fomula inayoweza kutokea ya nishati itaonekana kama hii:
Kwa maneno, fomula hii inaweza kuonyeshwa kama ifuatavyo: nishati inayoweza kutokea ya kitu kinachotangamana na Dunia ni sawa na bidhaa ya uzito wake, kuongeza kasi ya mvuto na urefu ambapo kinapatikana.
Thamani hii ya kinetiki ni sifa ya hifadhi ya nishati ya sehemu ya nyenzo (mwili) iliyo katika eneo linalowezekana la nguvu na inayotumiwa kupata nishati ya kinetiki kutokana na kazi ya nguvu za shambani. Wakati mwingine inaitwa kazi ya kuratibu, ambayo ni neno katika Langrangian ya mfumo (kazi ya Lagrange ya mfumo wa nguvu). Mfumo huu unafafanua mwingiliano wao.
Nishati inayowezekana ni sawa na sifuri kwausanidi fulani wa miili iliyo kwenye nafasi. Chaguo la usanidi huamuliwa na urahisi wa hesabu zaidi na huitwa "kurekebisha nishati inayoweza kutokea".
Sheria ya uhifadhi wa nishati
Mojawapo ya machapisho ya kimsingi ya fizikia ni sheria ya uhifadhi wa nishati. Kulingana na yeye, nishati haionekani kutoka popote na haipotei popote. Inabadilika kila wakati kutoka kwa fomu moja hadi nyingine. Kwa maneno mengine, kuna mabadiliko tu katika nishati. Kwa hiyo, kwa mfano, nishati ya kemikali ya betri ya tochi inabadilishwa kuwa nishati ya umeme, na kutoka humo ndani ya mwanga na joto. Vyombo mbalimbali vya nyumbani hugeuza nishati ya umeme kuwa mwanga, joto au sauti. Mara nyingi, matokeo ya mwisho ya mabadiliko ni joto na mwanga. Baada ya hapo, nishati huenda kwenye nafasi inayozunguka.
Sheria ya nishati inaweza kueleza matukio mengi ya kimwili. Wanasayansi wanasema kuwa kiasi chake cha jumla katika ulimwengu kinabaki bila kubadilika. Hakuna mtu anayeweza kuunda nishati upya au kuiharibu. Kuendeleza moja ya aina zake, watu hutumia nishati ya mafuta, maji yanayoanguka, atomi. Wakati huo huo, moja ya umbo lake hubadilika na kuwa nyingine.
Mnamo mwaka wa 1918, wanasayansi waliweza kuthibitisha kwamba sheria ya uhifadhi wa nishati ni tokeo la hisabati la ulinganifu wa wakati wa tafsiri - thamani ya nishati ya kuunganisha. Kwa maneno mengine, nishati huhifadhiwa kutokana na ukweli kwamba sheria za fizikia hazitofautiani kwa nyakati tofauti.
Sifa za Nishati
Nishati ni uwezo wa mwili kufanya kazi. Imefungwamifumo ya kimwili, huhifadhiwa kwa muda wote (ilimradi mfumo umefungwa) na ni mojawapo ya viungio vitatu vya ziada vya mwendo vinavyohifadhi thamani wakati wa mwendo. Hizi ni pamoja na: nishati, kasi ya angular, kasi. Utangulizi wa dhana ya "nishati" unafaa wakati mfumo wa kimwili ni sawa kwa wakati.
Nishati ya ndani ya mwili
Ni jumla ya nishati ya mwingiliano wa molekuli na mienendo ya joto ya molekuli zinazoiunda. Haiwezi kupimwa moja kwa moja kwa sababu ni kazi isiyoeleweka ya hali ya mfumo. Wakati wowote mfumo unapojikuta katika hali fulani, nishati yake ya ndani ina thamani yake ya asili, bila kujali historia ya kuwepo kwa mfumo. Mabadiliko ya nishati ya ndani wakati wa mpito kutoka hali moja ya kimwili hadi nyingine daima ni sawa na tofauti kati ya maadili yake katika hali ya mwisho na ya awali.
Nishati ya ndani ya gesi
Mbali na vitu vizito, gesi pia zina nishati. Inawakilisha nishati ya kinetic ya mwendo wa joto (chaotic) wa chembe za mfumo, ambazo ni pamoja na atomi, molekuli, elektroni, nuclei. Nishati ya ndani ya gesi bora (mfano wa hisabati wa gesi) ni jumla ya nishati ya kinetic ya chembe zake. Hii inazingatia idadi ya digrii za uhuru, ambayo ni idadi ya vigeu huru vinavyobainisha nafasi ya molekuli katika nafasi.
Matumizi ya nishati
Kila mwaka ubinadamu hutumia rasilimali nyingi zaidi za nishati. Mara nyingi kwa nishati,muhimu kwa taa na kupokanzwa nyumba zetu, uendeshaji wa magari na mifumo mbalimbali, hidrokaboni za mafuta kama vile makaa ya mawe, mafuta na gesi hutumiwa. Ni rasilimali zisizoweza kurejeshwa.
Kwa bahati mbaya, ni sehemu ndogo tu ya nishati ya sayari yetu inatokana na rasilimali zinazoweza kutumika tena kama vile maji, upepo na jua. Hadi sasa, sehemu yao katika sekta ya nishati ni 5% tu. Asilimia 3 nyingine ya watu hupokea kwa njia ya nishati ya nyuklia inayozalishwa katika vinu vya nyuklia.
Rasilimali zisizoweza kurejeshwa zina hifadhi ifuatayo (katika joule):
- nishati ya nyuklia - 2 x 1024;
- nishati ya gesi na mafuta – 2 x 10 23;
- joto la ndani la sayari - 5 x 1020.
Thamani ya kila mwaka ya rasilimali za Dunia zinazoweza kurejeshwa:
- nishati ya jua - 2 x 1024;
- upepo - 6 x 1021;
- mito - 6, 5 x 1019;
- mawimbi ya bahari - 2.5 x 1023.
Ni kwa mabadiliko ya wakati unaofaa kutoka kwa matumizi ya akiba ya nishati isiyoweza kurejeshwa ya Dunia hadi zile zinazoweza kutumika tena, ubinadamu una nafasi ya kuishi kwa muda mrefu na kwa furaha kwenye sayari yetu. Ili kutekeleza maendeleo ya kisasa, wanasayansi kote ulimwenguni wanaendelea kuchunguza kwa makini sifa mbalimbali za nishati.
