Hoe zit het met de energie in de materialen?

De Energie in materialen, Op macroscopisch niveau wordt het op enkele van de volgende manieren afgebroken: thermisch, chemisch of nucleair. Een materiaal kan sommige van dit soort energie afgeven of absorberen bij interactie met andere materialen.

De vrijgegeven energie kan worden gebruikt om een ​​soort werk uit te voeren, zoals het verplaatsen van een voertuig, het aansteken van een lamp, het stimuleren van een raket, het produceren van elektrische stroom en vele andere soorten werk. 

Daarom wordt beweerd dat de energie van een lichaam het vermogen is om een ​​werk te doen, of dat energie kan worden omgezet in werk.

Op een fundamenteel niveau, dat wil zeggen op de moleculaire en atomaire schaal, is de energie in de materie kinetische energie, potentiële energie en energie in de massa van de nucleaire bestanddelen van het atoom.

Thermische energie

Thermische energie is de macroscopische expressie van kinetische energie, of bewegingssenergie van atomen die een materiaal vormen.

Bijvoorbeeld, in een gas kunnen moleculen erin worden verplaatst, zodat ze translationele kinetische energie hebben. De som van de kinetische energie van alle deeltjes waaruit een materiaal bestaat, is de thermische energie.

Deze energie wordt gekenmerkt door een macroscopische hoeveelheid die wordt genoemd temperatuur, evenredig met de gemiddelde waarde van de kinetische energie van de deeltjes die het materiaal vormen.

Wanneer twee materialen in contact zijn, is er een verkeer van thermische energie dan een hogere temperatuur tot de laagste temperatuur. Dit fenomeen wordt op microscopisch niveau verklaard als de overdracht van kinetische energie van de snelste deeltjes naar de langzaamste.

De thermische energie tijdens het transport, van twee materialen in contact, wordt genoemd warmte.

De stoommachine

Door het water te verwarmen van een stoomketel, wordt thermische energie overgebracht van de vlammen van brandende steenkool naar het water, waardoor waterdamp bij hoge temperatuur en hoge druk wordt geproduceerd, omdat de ketel een vrijwel luchttaal hermetische container is.

Kan u van dienst zijn: wat is een geoid?

Thermische energie kan mechanisch werk uitvoeren. Wanneer bijvoorbeeld een hete stoom van de ketel wordt doorgegeven aan de cilinder met een mobiele zuiger, oefenen stoomdeeltjes druk op en verplaatsen deze.

Als de zuiger is gekoppeld aan een wiel met behulp van een verbindingsstang, wordt hetzelfde gedraaid. Dit is het werkingsprincipe van de oude stoomlocomotieven, die de thermische energie van de waterdamp gebruiken om de locomotief te verplaatsen, die op zijn beurt naar de treinwagons gaat. 

Chemische energie

Het is de potentiële energie die is opgeslagen in de atoomverbindingen die de moleculen van een materiaal vormen. De oorsprong is elektromagnetisch, voornamelijk vanwege elektrostatische interactie tussen belastingen.

Wanneer deze bindingen of banden worden verbroken door een chemische reactie, wordt de potentiële energie die in elk molecuul wordt afgegeven de kinetische energie van zijn bestanddelen. Op deze manier geven exotherme chemische reacties chemische energie af om het in thermische energie te veranderen.

Verbranding is een chemische reactie waarbij een bepaalde stof, geroepen brandstof, Het wordt gecombineerd met zuurstof, het produceren van een breuk van links en het vormen van nieuwe verbindingen. In het proces wordt de potentiële energie van elke binding van de brandstofmoleculen vrijgegeven, waardoor de resulterende moleculen kinetische energie verwerven.

Samen hebben verbrandingsproducten meer thermische energie dan brandstof en zuurstof vóór verbranding.

Interne verbrandingsmotoren en chemische energie

Nogmaals, omdat verbrandingsproducten hoge temperatuur en hoge druk hebben, kunnen ze worden gebruikt om de zuigers van een interne verbrandingsmotor te verplaatsen. En als gevolg van de afgifte van de chemische energie van de brandstof, werkt de motor aan een taak, zoals het starten van een auto.

Batterijen en chemische energie

Een ander voorbeeld van chemische energie zijn batterijen, waarin elektronen worden vrijgegeven dankzij chemische reacties. Deze bewegen op hun beurt door een externe bestuurder en maken een baan, bijvoorbeeld verplaatst een elektromotor.

Kan u van dienst zijn: elektromagneet: compositie, onderdelen, hoe het werkt en applicaties

Alles geeft aan dat de auto's van de toekomst elektrisch zullen zijn, maar achterin.

Kernenergie

Albert Einstein liet zien dat een stuk materiaal, voor het loutere feit dat ze massa hebben, zelfs als het in rust is, een enorme hoeveelheid energie bevat. Dit feit manifesteert zich in een beroemde vergelijking:

Waar M de massa is, C De snelheid van het licht in de leegte en en de energie in het stuk materiaal.

Het is een gelijkwaardigheid tussen massa en energie, daarom kan de massa van een materiaal energie worden en vice versa. Bijvoorbeeld, door 1 g materie volledig uiteen te zetten, een energie die gelijkwaardig is aan:

E = 1 g x (300.000 km/s)² = 0,001 kg x (3 x 10⁸ Mevr)² = 9 x 10¹³ Joules = 20 kilotons.

Een energie die gelijkwaardig is aan die vrijgegeven in een explosie van twintigduizend ton TNT. Met deze hoeveelheid energie, op een gecontroleerde manier, kan een vliegdekschip worden gepromoot om de aarde meerdere keren te veranderen.

Een enorme hoeveelheid energie in de vorm van elektromagnetische straling zou ook worden vrijgegeven, dat wil zeggen licht.

De massa van een materiaal is opgenomen in 99,99% in de kern van de atomen waaruit het materiaal bestaat. De massa van een atoom is voornamelijk de potentiële energie van de sterke nucleaire interactie die de protonen en neutronen bij elkaar houdt in de kern.

Wanneer dit breekt "Nucleaire link", Door het bombarderen van energiedeeltjes of door twee -core botsing, wordt een grote hoeveelheid energie vrijgegeven, voor het verlies van een kleine fractie massa in de nucleaire reactie.

Kan u van dienst zijn: acute geluiden: kenmerken en voorbeelden

Kernfusie

Binnen de sterren zoals de zon treden nu nucleaire fusiereacties op. Daar, vanwege de hoge temperaturen, worden de atomaire kernen van waterstof en deuterium gescheiden van de elektronen en bewegen ze op zeer hoge snelheden. 

Aan de andere kant, vanwege de kolossale druk in de sterren, zijn de kernen zeer dicht bij elkaar en is de waarschijnlijkheid van frontale schok tussen twee waterstofkernen vrij hoog.

De zeer hoge kinetische energie van de kernen in de botsing overwint de elektrostatische afstoting, waardoor de kernen zo benaderen, dat de zeer korte reikende sterke nucleaire kracht werkt en ze bij elkaar houdt, waardoor een grotere kern wordt gevormd.

In dit proces van binding of fusie van twee waterstofkernen om een ​​heliumkern te vormen, gaat een deel van de massa verloren. Dit betekent dat de door fusie gevormde heliumkern lichter is dan de som van zijn oorspronkelijke kiezers.

Het is te wijten aan het feit dat een deel van de initiële massa werd gebruikt voor nucleaire linkergie en een andere werd vrijgegeven als kinetische energie uit neutronen en fotonen als gevolg van de reactie. Daarom komt de energie die wordt vrijgegeven in de nucleaire fusie voort uit het verlies van massa in de reactie en de daaropvolgende conversie in energie.

Kernfisatie

Dit wordt het proces genoemd waarmee een zware kern is verdeeld in twee lichtere kernen, vanwege een botsing van een invallende neutron met hoge snelheid.

In het proces een massaverlies, omdat de som van de massa van de resulterende kernen minder is dan de massa van de oorspronkelijke kern.

Deze verloren massa wordt omgezet in kinetische energie van de resulterende kernen (thermonucleaire energie) en straling. Dit is de manier waarop de atoombom- en uranium nucleaire pomp de energie van materie vrijgeven.