Was ist mit der in den Materialien enthaltenen Energie??

Der Energie, die in Materialien enthalten ist, Auf makroskopischer Ebene wird es auf einige der folgenden Arten abgebaut: thermische, chemische oder nukleare. Ein Material kann bei der Interaktion mit anderen Materialien einige dieser Energiearten freisetzen oder absorbieren.

Die freigesetzte Energie kann verwendet werden, um eine Art von Arbeiten auszuführen, z. B. das Bewegen eines Fahrzeugs, das Beleuchtung einer Lampe, die Steigerung einer Rakete, die Erzeugung elektrischer Strom und viele andere Arten von Arbeiten. 

Aus diesem Grund wird behauptet, dass die Energie eines Körpers seine Fähigkeit ist, einen Job zu erledigen, oder dass Energie in die Arbeit umgewandelt werden kann.

Auf fundamentaler Ebene, dh im molekularen und atomaren Maßstab, ist die in der Materie enthaltene Energie kinetische Energie, potenzielle Energie und Energie, die in der Masse der Kernbestandteile des Atoms enthalten ist.

Wärmeenergie

Wärmeenergie ist die makroskopische Expression kinetischer Energie oder Bewegungsenergie von Atomen, die ein Material ausmachen.

Zum Beispiel können Moleküle in einem Gas darin bewegt werden, sodass sie translationale kinetische Energie haben. Die Summe der kinetischen Energie aller Partikel, aus denen ein Material besteht.

Diese Energie wird durch eine makroskopische Menge charakterisiert, die genannt wird Temperatur, proportional zum Durchschnittswert der kinetischen Energie der Partikel, aus denen das Material besteht.

Wenn zwei Materialien in Kontakt sind, gibt es einen Verkehr mit thermischer Energie als eine höhere Temperatur auf die niedrigste Temperatur. Dieses Phänomen wird auf mikroskopischer Ebene als Übertragung der kinetischen Energie der schnellsten Partikel auf die langsamste erklärt.

Die thermische Energie im Transport von zwei in Kontakt stehenden Materialien wird genannt Hitze.

Die Dampfmaschine

Erhitzen des Wassers von einem Dampfkessel, Wärmeenergie wird von den Flammen der brennenden Kohle auf das Wasser übertragen, wodurch Wasserdampf bei hoher Temperatur und hohem Druck erzeugt wird, da der Kessel ein praktisch lufthermetischer Behälter ist.

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Wärmeenergie ist in der Lage, mechanische Arbeiten auszuführen. Zum Beispiel, wenn heißer Dampf des Kessels mit einem mobilen Kolben an den Zylinder weitergegeben wird, üben Dampfpartikel Druck darauf aus und bewegen ihn.

Wenn der Kolben mit einer Stangenstange an ein Rad gekoppelt ist, wird dies auch gedreht. Dies ist das Betriebsprinzip der alten Dampflokomotiven, die die Wärmeenergie des Wasserdampfs verwenden, um die Lokomotive zu bewegen, die wiederum zu den Zugautos bewegt werden. 

Chemische Energie

Es ist die potenzielle Energie, die in den Atomverbindungen gespeichert ist, die die Moleküle eines Materials ausmachen. Sein Ursprung ist elektromagnetisch, hauptsächlich aufgrund der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen Lasten.

Wenn diese Bindungen oder Bindungen durch eine chemische Reaktion gebrochen werden, wird die in jedem Molekül freigesetzte potentielle Energie zur kinetischen Energie seiner Bestandteile. Auf diese Weise füllen exotherme chemische Reaktionen chemische Energie frei, um sie in thermische Energie zu verwandeln.

Verbrennung ist eine chemische Reaktion, bei der eine bestimmte Substanz genannt wird Kraftstoff, Es wird mit Sauerstoff kombiniert, der einen Bruch von Verbindungen erzeugt und neue Verbindungen bildet. Dabei wird die potenzielle Energie jeder Bindung der Brennstoffmoleküle freigesetzt, wodurch die resultierenden Moleküle kinetische Energie erwerben.

Zusammen haben Verbrennungsprodukte mehr thermische Energie als Kraftstoff und Sauerstoff vor der Verbrennung.

Interne Verbrennungsmotoren und chemische Energie

Da Verbrennungsprodukte hohe Temperatur und hohen Druck aufweisen, können sie wiederum verwendet werden, um die Kolben eines Verbrennungsmotors zu bewegen. Infolge der Freisetzung der chemischen Energie des Kraftstoffs arbeitet der Motor für einen Job, z.

Batterien und chemische Energie

Ein weiteres Beispiel für chemische Energie sind Batterien, bei denen Elektronen dank chemischer Reaktionen freigesetzt werden. Diese wiederum bewegen sich durch einen externen Fahrer und machen einen Job, beispielsweise einen Elektromotor bewegen.

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Alles zeigt an, dass die Automobile der Zukunft elektrisch sein werden, aber im Rücken.

Kernenergie

Albert Einstein zeigte, dass ein Stück Material für die bloße Tatsache der Masse, auch wenn es in Ruhe ist, eine große Menge an Energie enthält. Diese Tatsache manifestiert sich in einer berühmten Gleichung:

Wo m die Masse ist, C Die Lichtgeschwindigkeit in der Leere und und die Energie, die in dem Stück Material enthalten ist.

Es ist eine Äquivalenz zwischen Masse und Energie, daher kann die Masse eines Materials Energie werden und umgekehrt. Zum Beispiel durch vollständig zerfielende 1 g Materie ein Energie entspricht:

E = 1g x (300.000 km/s)² = 0,001 kg x (3 x 10⁸ MS)² = 9 x 10¹³ Joule = 20 Kilotons.

Ein Energie, der dem in einer Explosion von zwanzigtausend Tonnen TNT entspricht. Mit dieser Energiemenge kontrolliert konnte ein Flugzeugträger mehrmals gefördert werden, um die Erde zu drehen.

Eine große Menge an Energie in Form einer elektromagnetischen Strahlung würde ebenfalls freigesetzt, dh Licht.

Die Masse eines Materials ist in 99,99% im Kern der Atome enthalten, aus denen das Material besteht. Die Masse eines Atoms ist hauptsächlich die potenzielle Energie der starken Kernwechselwirkung, die die Protonen und Neutronen im Kern zusammenhält.

Wenn das bricht "Nuklearverbindung", Durch Bombardieren von Energiepartikeln oder durch zwei Kernkollisionen wird eine große Menge Energie freigesetzt, um einen kleinen Teil der Masse in der Kernreaktion zu verletzen.

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Kernfusion

In den Sternen wie der Sonne treten Kernfusionsreaktionen auf. Dort sind aufgrund der hohen Temperaturen die Atomkerne von Wasserstoff und Deuterium von den Elektronen getrennt und bewegen sich bei sehr hohen Geschwindigkeiten. 

Andererseits sind die Kerne aufgrund der kolossalen Drücke in den Sternen sehr nahe beieinander und die Wahrscheinlichkeit eines Frontalschocks zwischen zwei Wasserstoffkern ist ziemlich hoch.

Die sehr hohe kinetische Energie der Kerne bei Kollision überwindet die elektrostatische Abstoßung und macht den Kernansatz so sehr, dass die sehr kurze starke Kernkraft wirkt und sie zusammenhält, wodurch ein größerer Kern bildet.

In diesem Prozess der Bindung oder Fusion von zwei Wasserstoffkern, um einen Heliumkern zu bilden, ist ein Teil der Masse verloren. Dies bedeutet, dass der durch Fusion gebildete Heliumkern leichter ist als die Summe seiner ursprünglichen Bestandteile.

Es liegt an der Tatsache, dass ein Teil der anfänglichen Masse für die Kernverbindungsergie verwendet wurde und ein anderer als kinetische Energie von Neutronen und Photonen, die aus der Reaktion resultierten, als kinetische Energie freigesetzt wurde. Daher beruht die Energie, die in der Kernfusion freigesetzt wird.

Nuklearfision

Dies wird als der Prozess bezeichnet, durch den ein schwerer Kern in zwei leichtere Kerne unterteilt ist.

Dabei ist ein Massenverlust, da die Summe der Massen der resultierenden Kerne geringer ist als die Masse des ursprünglichen Kerns.

Diese verlorene Masse wird in kinetische Energie der resultierenden Kerne (thermonukleäre Energie) und Strahlung umgewandelt. Auf diese Weise füllen die Atombombe und die Urankernpumpe die Energie der Materie frei.