Энергия - это физическая величина служащая мерой разных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода разных форм материи.
Единица измерения энергии
Определение
Энергия отображает способность физической системы к совершению работы, при этом работа является мерой изменения энергии. Из этого следует, что работа и энергия имеют одинаковые единицы измерения.
Единицы измерения энергии в Международной системе единиц
В международной системе единиц (СИ) джоуль (Дж) - единица измерения энергии и работы. Исходя из механического определения работы:
\[A=\overline{F}\cdot \overline{s}(1)\]один джоуль - это работа ($A$), которую совершает сила ($\overline{F}$) в один ньютон при перемещении ($\overline{s}$) точки приложения силы в один метр:
\[1\ Дж=1\ Н\cdot 1\ м.\]Джоуль не является основной единицей системы СИ. Через основные единицы джоуль легко выразить, используя механическое определение работы и единицы измерения соответствующих величин:
\[\left[A\right]=\left[F\right]\left[s\right]=Н\cdot м=\frac{кг\cdot м}{с^2}\cdot м=\frac{кг\cdot м^2}{с^2}.\]Такую же размерность можно получить, если использовать определение энергии вида:
\[E=mc^2\left(2\right),\]где $c$ - скорость света; $m$ - масса тела. Исходя из выражения (2), имеем:
\[\left[A\right]=\left[E\right]=кг\cdot {\left(\frac{м}{с}\right)}^2=\frac{кг\cdot м^2}{с^2}.\]И так, мы убедились, что джоуль - единица измерения энергии. Насколько велик джоуль можно понять, если решить простую задачу: тело массой 2 кг движется со скоростью 1$\frac{м}{с}$ , какова его кинетическая энергия? Вычислим кинетическую энергию ($E_k$) нашего тела используя ее определение:
\[E_k=\frac{mv^2}{2}\left(3\right),\]получаем:
\[E_k=\frac{2\cdot 1^2}{2}=1\ \left({\rm Дж}\right).\]Единицы измерения энергии в других системах единиц
В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) энергия (и работа) измеряются в эргах (эрг). При этом одни эрг равен:
\[1\ эрг=1\ дин\cdot 1\ см.\]Зная, что:
\[1\ Н={10}^5{\rm дин};;1\ {\rm м}=100\ см,\]получаем:
\[1\ Дж={10}^7эрг.\]В технических расчетах встречается такая единица измерения энергии как килограммометр (кгм) или килограмм силы (кгс) на метр (м): (кгсм). При этом считают, что:
\[1кгсм=1\ кгс\cdot 1\ м=9,81\ Дж.\]При расчетах тепла часто в качестве единицы измерения энергии используют калорию. Калорию определяют как:
\[1\ кал=4,1868\ Дж.\]Гигакалорию (Гкал) применяют в теплоэнергетике, коммунальных хозяйствах, система отопления.
Энергию можно выражать в киловатт часах:
\[1\ кВт\cdot ч=3,6\cdot {10}^5Дж.\]В основном данную единицу измерения используют в электроэнергетике.
В атомной и квантовой физике применяют такую единицу измерения энергии как электрон-вольт (эВ). При этом полагают, что:
\[1\ эВ=1,6\cdot {10}^{-19}Дж.\]Электрон - вольт - это энергия, которую приобретает частица, имеющая элементарный заряд (заряд электрона), если она перемещается между точками поля разность которых 1 В:
\[1\ эВ=1,6\cdot {10}^{-19}{\rm Кл}\cdot 1{\rm В}.\]Примеры задач с решением
Пример 1
Задание. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании древесного угля, масса которого составляет $m=$1 кг. Переведите полученный ответ в калории.
Решение. Количество теплоты $(Q)$, выделяемое при сгорании угля, найдем, используя формулу:
\[Q=rm\ \left(1.1\right),\]где $r=2,7\cdot {10}^7\frac{Дж}{кг}$ - удельная теплота сгорания древесного угля. Можно проводить вычисления:
\[Q=2,7\cdot {10}^7\cdot 1=2,7\cdot {10}^7\left(Дж\right).\]Задача решена в системе СИ. Используя соотношение:
\[1\ кал=4,1868\ Дж\]переведем полученный результат в калории:
\[Q=2,7•{10}^7\ Дж=\frac{2,7•{10}^7}{4,2}\approx 6,4•{10}^7\ \left(кал\right).\]Ответ. $Q=6,4\cdot {10}^7$ кал
Пример 2
Задание. Вычислите количество энергии необходимое для превращения $m=$100 г воды в пар при температуре, равной $t=$1000С. Запишите ответ в СГС.
Решение. Энергия $\(E)$, необходимая для перехода жидкости в пар равна количеству теплоты (Q), которое должно получить масса этого вещества при парообразовании:
\[E=Q\ \left(2.1\right).\]
Теплоту парообразования найдем как:
\[Q=\lambda m\ \left(2.2\right),\]где $\lambda =2,3\cdot {10}^6\frac{Дж}{кг}$ - удельная теплота парообразования воды. Вычислим искомую энергию, учитывая (2.1) и (2.2):
\[E=2,3\cdot {10}^6\cdot 0,1=2,3\cdot {10}^5\left(Дж\right).\]Эрг - единица измерения энергии в системе СГС, при этом:
\[1\ Дж={10}^7эрг,\]следовательно, получаем:
\[E=2,3\cdot {10}^5Дж=2,3\cdot {10}^{12}эрг.\]Ответ. $E=2,3\cdot {10}^{12} эрг$
Читать дальше: единицы измерения атмосферного давления.
Warning: file_put_contents(./students_count.txt): failed to open stream: Permission denied in /var/www/webmath-q2ws/data/www/webmath.ru/poleznoe/guide_content_banner.php on line 20
Статьи по теме
Поможем выполнить
любую работу
