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ब्रह्मांड के मूलभूत नियमों में से एक यह है कि ऊर्जा न तो बनाई जाती है और न ही नष्ट होती है - यह केवल रूप बदलती है। नतीजतन, ऊर्जा के लिए कई सूत्र मौजूद हैं। यह समझने के लिए कि ये सूत्र एक ही चीज़ के कैसे भाव हैं, सबसे पहले यह समझना महत्वपूर्ण है कि भौतिकविदों का क्या मतलब है जब वे ऊर्जा के बारे में बात करते हैं। सर आइजैक न्यूटन द्वारा लिखित रूप में शास्त्रीय भौतिकी की अवधारणाओं में इसकी धारणा निहित है।
गति की ऊर्जा का सूत्र KE = .5 × m × v है2 जहां केई जूल में गतिज ऊर्जा है, मीटर किलोग्राम में द्रव्यमान है और v प्रति सेकंड मीटर में वेग है।
बल और कार्य
न्यूटन के गति के तीन नियम शास्त्रीय भौतिकी का आधार बनाते हैं। पहला कानून बल को परिभाषित करता है जो गति का कारण बनता है, और दूसरा कानून किसी वस्तु पर कार्य करने वाले बल से संबंधित त्वरण से संबंधित है। यदि कोई बल (F) किसी दूरी (d) के माध्यम से किसी पिंड को गति देता है, तो यह बल के बराबर कार्य (W) की दूरी गुणा के गुणक के बराबर होता है, जो उनके बीच के कोण के लिए एक कारक होता है (), ग्रीक अक्षर थीटा )। गणितीय अभिव्यक्ति के रूप में, इसका अर्थ W = F × d × (cos ())) है। बल के लिए मीट्रिक इकाइयाँ न्यूटन हैं, जो दूरी के लिए मीटर हैं और जो काम के लिए हैं वे न्यूटन-मीटर या जूल हैं। ऊर्जा काम करने की क्षमता है, और इसे जूल में भी व्यक्त किया जाता है।
काइनेटिक और पोटेंशियल एनर्जी
गति में एक वस्तु के पास अपनी ऊर्जा की गति होती है, जो उस कार्य के समतुल्य होती है जो उसे आराम करने के लिए आवश्यक होती है। इसे इसकी गतिज ऊर्जा कहा जाता है, और यह वस्तुओं के वर्ग के वेग (v) के साथ-साथ इसके द्रव्यमान (m) के एक आधे हिस्से पर निर्भर है। गणितीय रूप से, इसे E (k) = (.5) × m × v के रूप में व्यक्त किया जाता है2। पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में आराम करने वाली एक वस्तु में अपनी ऊँचाई के आधार पर संभावित ऊर्जा होती है; यदि यह स्वतंत्र रूप से गिरता है, तो यह इस संभावित ऊर्जा के बराबर गतिज ऊर्जा प्राप्त करेगा। संभावित ऊर्जा वस्तुओं के द्रव्यमान, उसकी ऊंचाई (एच) और गुरुत्वाकर्षण (जी) के कारण त्वरण पर निर्भर है। गणितीय रूप से, यह E (p) = m • h • g है।
विद्युत ऊर्जा
विद्युत प्रणालियों में ऊर्जा की गणना एम्परर्स में एक कंडक्टर (आई) के माध्यम से बहने वाली वर्तमान की मात्रा पर निर्भर करती है, साथ ही विद्युत क्षमता, या वोल्टेज (वी) पर, वर्तमान को वोल्ट में चलाती है। इन दो मापदंडों को गुणा करने से वाट में बिजली (पी) की शक्ति मिलती है, और पी को उस समय से गुणा किया जाता है, जिसके दौरान सेकंड में बिजली का प्रवाह (टी) सिस्टम में विद्युत ऊर्जा की मात्रा, जूल में देता है। एक संवाहक सर्किट में विद्युत ऊर्जा के लिए गणितीय अभिव्यक्ति E (e) = P × t = V × I × t है। इस संबंध के अनुसार, एक मिनट के लिए 100 वाट के लाइटबुल को जलाने से 6,000 जूल ऊर्जा निकलती है। यह गतिज ऊर्जा की मात्रा के बराबर है 1 किलोग्राम चट्टान अगर आपने इसे 612 मीटर (वायु घर्षण को अनदेखा करना) की ऊंचाई से गिरा दिया होगा।
ऊर्जा के कुछ अन्य रूप
हम जो प्रकाश देखते हैं, वह एक विद्युत चुम्बकीय घटना है, जिसमें फोटॉन नामक तरंगों के पैकेट के कंपन के कारण ऊर्जा होती है। जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लांक ने निर्धारित किया कि एक फोटॉन की ऊर्जा आनुपातिक आवृत्ति (एफ) है जिसके साथ यह कंपन करता है, और उन्होंने आनुपातिकता (एच) के निरंतरता की गणना की, जिसे उनके सम्मान में प्लैंक स्थिर कहा जाता है। एक फोटॉन की ऊर्जा के लिए अभिव्यक्ति इस प्रकार E (p) = h × f है। अल्बर्ट आइंस्टीन थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी के अनुसार, पदार्थ के प्रत्येक कण में कणों के द्रव्यमान के लिए आनुपातिक ऊर्जा निहित है और प्रकाश की गति का वर्ग (c)। प्रासंगिक अभिव्यक्ति ई (एम) = एम × सी है2। आइंस्टीन की गणना परमाणु बम के विकास द्वारा पुष्टि की गई थी।