Vsebina
Eden od temeljnih zakonov vesolja je, da se energija ne ustvarja in ne uničuje - le spreminja oblike. Posledično obstaja veliko formul za energijo. Da bi razumeli, kako so te formule izrazi iste stvari, je najprej treba razumeti, kaj pomenijo fiziki, ko govorijo o energiji. Njeno pojmovanje je zakoreninjeno v konceptih klasične fizike, ki jih je razjasnil sir Isaac Newton.
Formula energije gibanja je KE = .5 × m × v2 kjer je KE kinetična energija v džulih, m je masa v kilogramih, v pa hitrost v metrih na sekundo.
Sila in delo
Newtonovi trije zakoni gibanja so osnova za klasično fiziko. Prvi zakon definira silo kot tisto, ki povzroča gibanje, drugi zakon pa silo, ki deluje na predmet, nanaša na pospešek, ki ga doživlja. Če sila (F) telo pospeši skozi razdaljo (d), opravi količino dela (W), ki je enaka sili, pomnoženi z odmikom, kratkim faktorjem, ki predstavlja kot med njimi (θ, grška črka theta ). Kot matematični izraz to pomeni W = F × d × (cos (θ)). Metrične enote za silo so newtoni, enote za oddaljenost so števci, tiste za delo pa newtonmetri ali džuli. Energija je sposobnost za delo, izražena pa je tudi v džulih.
Kinetična in potencialna energija
Predmet v gibanju ima svojo energijo gibanja, ki je enakovredna delu, ki bi ga potrebovali za počitek. Temu pravimo njegova kinetična energija in je odvisna od kvadrata hitrosti predmetov (v) kot tudi od polovice njegove mase (m). Matematično se to izrazi kot E (k) = (.5) × m × v2. Predmet, ki počiva v Zemljinem gravitacijskem polju, ima potencialno energijo zaradi svoje nadmorske višine; če bi prosto padel, bi pridobil kinetično energijo, enako tej potencialni energiji. Potencialna energija je odvisna od mase predmetov, njegove višine (h) in pospeška zaradi gravitacije (g). Matematično je to E (p) = m • h • g.
Električna energija
Izračun energije v električnih sistemih je odvisen od količine toka, ki teče skozi prevodnik (I) v amperih, pa tudi od električnega potenciala ali napetosti (V), ki poganja tok, v voltih. Če pomnožimo ta dva parametra, dobimo moč električne energije (P) v vatih, pomnožitev P pa na čas, ko električna energija teče (t) v sekundah, količino električne energije v sistemu, v džulih. Matematični izraz za električno energijo v prevodnem vezju je E (e) = P × t = V × I × t. V skladu s tem odnosom puščanje 100-vatne žarnice, ki gori eno minuto, porabi 6000 džulov energije. To je enako količini kinetične energije, ki bi jo imel 1-kilogramski kamen, če bi ga spustil z višine 612 metrov (ne upoštevamo trenja zraka).
Nekatere druge oblike energije
Svetloba, ki jo vidimo, je elektromagnetni pojav, ki ima energijo zaradi vibracij paketov valov, imenovanih fotoni. Nemški fizik Max Planck je določil, da je energija fotona sorazmerna s frekvenco (f), s katero on vibrira, in izračunal je konstanto sorazmernosti (h), ki jo v njegovo čast imenuje Plancsova konstanta. Izraz za energijo fotona je torej E (p) = h × f. Po teoriji relativnosti Alberta Einsteinsa ima vsak delček materije potencialno energijo, sorazmerno z maso delcev in s kvadratom hitrosti svetlobe (c). Relevanten izraz je E (m) = m × c2. Einsteinove izračune je podkrepil razvoj atomske bombe.