Энергия

Энергия (байыркы грек тилинен ἐνέργεια — активдүүлүк, кыймыл, күч) — скалярдык физикалык чоңдук, ал материянын кыймылынын жана өз ара аракетинин ар кандай формаларынын бирдиктүү өлчөмү, материя кыймылынын тынч абалга келтирүү үчүн бир формадан экинчи формага өтүү күчүнүн өлчөмү.

Негизинен, энергия Нётер теоремасы боюнча убакыттын бирдейлигине (башкача айтканда, убакыттын ичинде сакталган чоңдуктарга) байланышкан кыймылдын үч кошумча интегралынын (импульс моменти жана бурчтук импульс менен бирге) бири, б.а. мезгилдеги кыймылды сүрөттөгөн мыйзамдардын көз карандысыздыгы.

«Энергия» деген сөздү Аристотель өзүнүн «Физика» трактатында киргизген, бирок ал жерде негизинен адамдын ишмердүүлүгүнө карата айтылган.

Терминдин тарыхы

«Энергия» термини гректин ἐνέργεια сөзүнөн келип чыккан, ал биринчи жолу Аристотелдин эмгектеринде пайда болгон жана иш-аракетти же реалдуулукту билдирген (б.а. аракеттин анын мүмкүнчүлүгүнө каршы иш жүзүндө пайда болушу). Бул сөз, өз кезегинде, грек ἔργον («ergon») — «иш» деген сөздөн келип чыккан. Прото-индо-европалык werg тамыры жумушту же ишти билдирет жана οργ/ουργ түрүндө грек тилиндеги оргия же теургия ж.б.

1686-1695-жылдардагы трактаттарында Лейбниц «тирүү күч» (vis viva) түшүнүгүн киргизген, аны ал нерсенин массасынын жана анын ылдамдыгынын квадратынын (азыркы терминологияда – кинетикалык энергия) көбөйтүндүсү катары аныктаган. Мындан тышкары, Лейбниц жалпы «тирүү күчтү» сактоого ишенген. Телолордун сүрүлүүдөн улам ылдамдыгынын төмөндөшүн түшүндүрүү үчүн ал «тирүү күчтүн» жоголгон бөлүгү атомдорго өтөт деп сунуш кылган.

Маркиз Эмили дю Шателе өзүнүн “Физика боюнча окуу куралы” (French Institutions de Physique, 1740) китебинде Лейбництин идеясын Виллем Гравесанддын практикалык байкоолору менен айкалыштырган.

1807-жылы Томас Янг «тирүү күч» түшүнүгүн алмаштыруу үчүн сөздүн азыркы маанисинде «энергия» терминин биринчи жолу колдонгон. Гаспард-Гюстав Кориолис 1829-жылы жумуш менен кинетикалык энергиянын ортосундагы байланышты ачкан. Уильям Томсон (келечектеги Лорд Келвин) биринчи жолу 1851-жылдан кечиктирбестен «кинетикалык энергия» терминин колдонгон, ал эми 1853-жылы Уильям Рэнкин биринчи жолу «потенциалдуу энергия» түшүнүгүн киргизген.

Бир нече жылдар бою энергия зат (калория) же физикалык чоңдукпу деген талаш-тартыштар болуп келген.

Буу машиналарын иштеп чыгуу инженерлерден алардын системаларынын механикалык жана жылуулук эффективдүүлүгүн сүрөттөөгө мүмкүндүк берген түшүнүктөрдү жана формулаларды иштеп чыгууну талап кылды. Физиктер (Сади Карно, Джеймс Джоул, Эмиль Клапейрон жана Герман Гельмгольц) жана математиктер жумуш деп аталган нерсени жасоо жөндөмү кандайдыр бир түрдө системанын энергиясы менен байланыштуу деген идеяны иштеп чыгышкан. 1850-жылдары Глазголук натурфилософия профессору Уильям Томсон жана инженер Уильям Рэнкин механиканын эскирген тилин «кинетикалык жана реалдуу энергия» сыяктуу түшүнүктөр менен алмаштыра башташкан. Уильям Томсон энергия жөнүндөгү билимди термодинамика мыйзамдары менен айкалыштыруу менен химиянын тез өнүгүшүнө салым кошкон. Рудольф Клаузиус, Жосия Гиббс жана Уолтер Нернст термодинамика мыйзамдарын колдонуу менен көптөгөн химиялык процесстерди түшүндүрүшкөн. Термодинамиканын өнүгүшүн энтропия түшүнүгүн киргизген жана аны математикалык жактан формулировкалаган Клаузий жана кара дененин нурлануу мыйзамын киргизген Иосиф Стивен уланткан. 1853-жылы Уильям Рэнкин «потенциалдуу энергия» түшүнүгүн киргизген.

Кийинки отуз жылдын ичинде бул жаңы илим жылуулук жана энергиянын динамикалык теориясы сыяктуу бир нече атка ээ болду. 1920-жылдары «термодинамика» — энергиянын өзгөрүшү жөнүндөгү илим жалпысынан кабыл алынган.

Жылуулуктун айлануу жана иштөө касиеттери термодинамиканын биринчи эки мыйзамында көрсөтүлгөн. Энергетика илими биологиялык термодинамика жана термоэкономика сыяктуу көптөгөн түрдүү тармактарга бөлүнөт. Параллелдүү түрдө энтропия, пайдалуу энергия, күч, убакыт бирдигине энергия агымынын жоготуу өлчөмү ж.б. сыяктуу тиешелүү түшүнүктөр иштелип чыккан. Акыркы эки кылымда энергетика деген сөздүн илимий эмес мааниде колдонулушу элдик адабиятта кеңири жайылды.

1918-жылы энергиянын сакталуу закону убакыт которуу симметриясынын жана конъюгациялык энергия чоңдугунун математикалык натыйжасы экени далилденген. Башкача айтканда, физиканын мыйзамдары убакыттын өтүшү менен өзгөрбөгөндүктөн энергия сакталат..

Энергиянын түрлөрү

Механика потенциалдык энергияны (же жалпысынан денелердин же алардын бөлүктөрүнүн бири-бири менен же тышкы талаалар менен өз ара аракеттенүү энергиясы) жана кинетикалык энергияны (кыймыл энергиясы) айырмалайт. Алардын суммасы толук механикалык энергия деп аталат.

Талаалардын бардык түрлөрү энергияга ээ. Ушунун негизинде алар: электромагниттик (кээде электрдик жана магниттик энергия болуп бөлүнөт), тартылуу күчүн жана ядролук энергияны (алсыз жана күчтүү өз ара аракеттешүүлөрдүн энергиясы деп да бөлүүгө болот) ажыратышат.

Термодинамика ички энергияны жана башка термодинамикалык потенциалдарды карайт.

Химияда заттын санына байланыштуу энергиянын өлчөмүнө ээ болгон байланыш энергиясы жана химиялык жакындык сыяктуу чоңдуктар каралат.

Жарылуу энергиясы кээде тротил эквивалентинде өлчөнөт.

Кинетикалык

Кинетикалык энергия — чекиттеринин кыймыл ылдамдыгына жараша механикалык системанын энергиясы. Которуу жана айлануу кыймылынын кинетикалык энергиясы көп учурда чыгарылат. SI өлчөө бирдиги — джоуль. Тагыраак айтканда, кинетикалык энергия — бул системанын жалпы энергиясы менен анын тынч энергиясынын ортосундагы айырма; ошентип, кинетикалык энергия кыймылдан келип чыккан жалпы энергиянын бир бөлүгү болуп саналат.

Потенциалдык

Потенциалдык энергия $U({\vec {r}})$ — потенциалдуу күч талаасында жайгашкан белгилүү бир дененин (же материалдык чекиттин) энергия запасын мүнөздөгөн скалярдык физикалык чоңдук, ал талаа күчтөрүнүн иштөөсүнөн дененин кинетикалык энергиясын алуу (өзгөртүү) үчүн колдонулат. Дагы бир аныктама: потенциалдык энергия – бул координаттардын функциясы, ал системанын Лагранжында термин болуп саналат жана системанын элементтеринин өз ара аракеттенүүсүн сүрөттөйт.

"Потенциалдуу энергия" терминин 19-кылымда шотландиялык инженер жана физик Уильям Рэнкин киргизген. SI энергия бирдиги — джоуль. Потенциалдык энергия мейкиндиктеги денелердин белгилүү конфигурациясы үчүн нөлгө барабар деп кабыл алынат, аларды тандоо кийинки эсептөөлөрдүн ыңгайлуулугу менен аныкталат. Бул конфигурацияны тандоо процесси потенциалдык энергияны нормалдаштыруу деп аталат.

Гравитациялык

Тартылуу энергиясы — телолордун (бөлүкчөлөрдүн) өз ара тартылуусунан келип чыккан потенциалдык энергиясы. Тартылуу менен байланышкан система — тартылуу энергиясы энергиянын бардык башка түрлөрүнүн суммасынан чоң болгон система (тынчтык энергиясынан тышкары). Жалпы кабыл алынган шкала, ага ылайык чектүү аралыкта жайгашкан денелердин ар кандай системасы үчүн тартылуу энергиясы терс, ал эми чексиздиктеги телолор үчүн, башкача айтканда, тартылуу күчү менен өз ара аракеттенбеген денелер үчүн тартылуу энергиясы нөлгө барабар. Тартылуу жана кинетикалык энергиянын суммасына барабар болгон системанын жалпы энергиясы туруктуу, ал эми изоляцияланган система үчүн тартылуу энергиясы байланыш энергиясы болуп саналат. Оң жалпы энергиясы бар системалар туруктуу боло албайт.

Ядролук

Ядролук энергия — атомдук ядролордо камтылган жана ядролук реакциялар учурунда бөлүнүп чыккан энергия.

Байланыш энергиясы — ядрону жеке нуклондорго бөлүү үчүн керектелүүчү энергия байланыш энергиясы деп аталат. Бир нуклондун байланыш энергиясы ар кандай химиялык элементтер, ал тургай, бир эле химиялык элементтин изотоптору үчүн ар кандай болот.

Ички

Дененин ички энергиясы (E же U деп белгиленет) — молекулалардын өз ара аракеттешүүсүнүн жана жылуулук кыймылынын энергияларынын жыйындысы. Дененин ички энергиясын түздөн-түз өлчөө мүмкүн эмес. Ички энергия системанын абалынын өзгөчө функциясы болуп саналат. Бул система кайсы бир абалда өзүн тапкан сайын, анын ички энергиясы системанын мурунку тарыхына карабастан, ушул абалга мүнөздүү болгон маанини алат дегенди билдирет. Демек, бир абалдан экинчи абалга өтүү учурунда ички энергиянын өзгөрүшү, өтүү кандай жол менен өткөнүнө карабастан, анын акыркы жана баштапкы абалдагы маанилеринин ортосундагы айырмага дайыма барабар болот.

Химиялык потенциал

Химиялык потенциал $\mu$ — бул системанын термодинамикалык параметрлеринин бири, тактап айтканда системага бир бөлүкчөнүн жумуш жасабастан кошуу энергиясы.

Жарылуу энергиясы

Жарылуу — бул кыска убакыттын ичинде аз көлөмдө олуттуу энергиянын бөлүнүп чыгышы менен курчап турган чөйрөгө шок, термелүү жана жылуулук таасирлерине жана газдардын жогорку ылдамдыкта кеңейишине алып келүүчү физикалык жана/же химиялык ылдам процесс.

Химиялык жарылуу учурунда газдардан тышкары катуу дисперстүү бөлүкчөлөр да пайда болушу мүмкүн, алардын суспензиясы жарылуу продуктулары деп аталат. Жарылуу энергиясы кээде тротил эквивалентинде өлчөнөт, бул жарылууда бирдей өлчөмдө энергияны бөлүп чыгарган тринитротолуолдун (тротил) көлөмү катары туюнтулган жогорку энергиялуу окуялардын энергиясы.

Вакуумдук

Вакуумдук энергия — бул вакуумда бирдей бөлүштүрүлгөн жана болжолдуу түрдө Ааламдагы ар кандай материалдык объектилердин ортосунда алардын массасына жана алардын ортосундагы аралыкка түз пропорционалдуу күч менен түртүүнү пайда кылган энергия. Абдан төмөн тыгыздыгы бар.

Осмостук

Осмостук энергия — эритмедеги молекулалардын же иондордун концентрациясын жогорулатуу үчүн аткарылуучу иш.

Колдонулуучу белгилер

Ар аспекттеги энергия түшүнүктөрүн белгилөө үчүн адатта төмөнкүдөй белгилер колдонулат:

E ― энергия;

Q ― жылуулуктун саны (жылуулук алмашуу аркылуу берилген энергиянын көлөмү);

А ― жумуш (коротулган энергиянын көлөмү);

W ― убакыт бирдигинде энергиянын өзгөрүшү катары кубаттуулук;

U ― нерсенин ички энергиясы.

Булактар

• Мамлекеттик тил жана энциклопедия борбору. Саясат таануу (энциклопедиялык окуу куралы).-Б.: 2004,ISBN 9967-14-11-9
• Добиаш А.А. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: 86 томдо (82 том жана 4 кошумча). - Петербург, 1890-1907-ж.
• Паули V. Общие принципы волновой механики. – М.: Гостехтеориздат, 1947. – 332 б.
• Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика – М.: Наука, 1972. – 670 б.
• Пономарев Л.И. Под знаком кванта. – М.: Наука, 1989. – 368 б. — ISBN 5-02-014049-X.
• Алексеев Г. Н. Энергия и энтропия. – М.: Билим, 1978. – 192 б.

Тышкы шилтемелер

• Энергия  (орусча) Физикалык энциклопедияда