Energie: Verskil tussen weergawes

Content deleted Content added
k →‎Verwysings: Link GA is now handled by Wikidata, removed: {{Link GA|frr}} (2) using AWB (10861)
totsiens rooi skakels
Lyn 4:
'''Energie''', algemeen en kwalitatief gesproke, is die eienskap (of die hoeveelheid van daardie eienskap) waardeur die doen van dinge of die verskaffing van krag moontlik gemaak word. Die uitdrukkings "energie" en "[[krag]]" word soms foutiewelik uiteenlopend gebruik, maar dit het verskillende betekenisse op beide die wetenskaplike en nie-wetenskaplike gebiede. Fisika poog om die eienskap kwantitatief te beskryf en gee daaraan 'n definisie wat dit moontlik maak om energie as 'n beskrywing van 'n algehele toestand te beskou en die verskillende maniere waarop [[werk]] verrig word, word deur hierdie benadering verenig.
 
Energie is 'n fundamentele hoeveelheid wat elke [[fisika|fisiese]] [[stelsel]] besit; dit laat ons toe om te kan voorspel tot hoeveel [[arbeid (fisika)|werk]] die stelsel in staat is, of hoeveel [[hitte]] dit kan uitruil. In die verlede is energie bespreek in terme van maklik [[waarneming|waarneembare]] uitwerkinge wat dit op die [[eienskap]]peeienskappe van [[voorwerp]]e of veranderinge in [[toestand]] van verskeie stelsels gehad het. Basies kan die gevolgtrekking gemaak word dat as iets verander, daar een of ander soort energie betrokke was in daardie verandering. Toe mense besef het dat energie in voorwerpe gestoor kan word, is die gedagte van energie uitgebrei om die potensiaal vir verandering asook die verandering self in te sluit.
 
Hierdie uitwerkinge (beide potensieel en verwesenlik) kom in baie verskillende vorms voor; voorbeelde is elektriese energie wat in batterye gestoor is, die [[chemiese energie]] wat in 'n stukkie kos gestoor is, die termiese energie van 'n warmwaterverhitter, of die kinetiese energie van 'n bewegende trein. Om energie eenvoudig as ''verandering of die potensiaal vir verandering'' te definieer veroorsaak egter dat baie voorbeelde van energie soos dit in die fisiese wêreld bestaan uitgelaat word. Energie kan nie slegs gebruik word om sigbare veranderinge teweeg te bring nie, maar kan ook gebruik word om veranderinge te keer, in welke geval waarneming van hierdie soort energie sonder hulpmiddels baie moeilik is. As mens byvoorbeeld na 'n standbeeld kyk wat 'n 50 kilogram gewig vashou is die teenwoordigheid van energie wat nodig is om dit moontlik te maak nie so voor die hand liggend nie. As mens self egter 'n 50 [[kilogram]] gewig vashou dan is die noodsaaklikheid vir energie dadelik duidelik! Mens kan die [[swaartekrag]] se uitwerking op jou voel wanneer jy die gewig beweeg en wanneer jy dit nie beweeg nie. Energie kan geredelik [[Energie omsetting|omgeskakel]] word vanaf een vorm na 'n ander; 'n mens kan byvoorbeeld [[chemiese energie]] in 'n battery omskakel na termiese energie deur die battery aan 'n elektriese verhitter te koppel. In die voorbeeld van die gewig word die kinetiese energie van beweging omgeskakel na potensiële energie. As mens die gewig sou laat val word die [[potensiële energie]] weer omgeskakel na [[kinetiese energie]] as gevolg van die uitwerking van swaartekrag wat die gewig laat versnel. Die wet van die [[behoud van energie]] bepaal dat tydens hierdie omskakelings die hoeveelheid energie altyd dieselfde bly. Die begrip van energie is 'n kragtige beginsel in fisika en om die geldigheid daarvan te verseker het wetenskaplikes verskeie addisionele energievorme gedefinieer wat nie so maklik gemeet kan word deur die waarnemer sonder hulpmiddele nie.
 
== Eenhede ==
 
=== [[SI]]- en verwante eenhede ===
Die [[SI]]-eenheid vir beide energie en werk is die [[joule]] (J), ter ere van [[James Prescott Joule]] en sy eksperimente oor die [[meganiese ekwivalent van warmte]]. Afgebreek na meer fundamentele eenhede is 1&nbsp;joule gelyk aan 1&nbsp;[[newton]]&middot;[[meter]] en in [[SI-basiseenhede]] is 1&nbsp;J gelyk aan 1&nbsp;[[kilogram|kg]]&nbsp;[[vierkante meter|m<small><sup>2</sup></small>]]&nbsp;[[sekonde|s]]<small><sup>&minus;2</sup></small>.
 
'n Energie-eenheid wat in [[partikelfisika]] gebruik word is die [[elektronvolt]] (eV). Een&nbsp;eV&nbsp; is gelyk aan 1,602176462&times;10<small><sup>&minus;19</sup></small>&nbsp;J.
Lyn 19:
=== Ander eenhede van energie ===
 
In [[cgs]]-eenhede is een [[erg]] gelyk aan 1&nbsp;[[gram|g]]&nbsp;[[centimeter|cm]]<small><sup>2</sup></small>&nbsp;[[sekonde|s]]<small><sup>&minus;2</sup></small>, gelyk aan 1,0&times;10<small><sup>&minus;7</sup></small>&nbsp;J. Die [[Britse eenhede]]/[[VSA gebruiklike eenhede|VSA eenhede]] vir beide energie en werk is die [[voet-pond]], en een voet-pond is ongeveer 1,3558&nbsp;J.
 
Die energie-eenheid wat gebruik word vir alledaagse [[elektrisiteit]]meting is die [[kilowatt-uur]] (kW&nbsp;h), en een&nbsp;kW&nbsp;h is gelyk aan 3,6&times;10<small><sup>6</sup></small>&nbsp;J&nbsp; (3600&nbsp;kJ of 3,6&nbsp;MJ).
 
Die [[kalorie]] word meestal gebruik in voeding en is gelyk aan die hoeveelheid [[hitte]] benodig om die [[temperatuur]] van een [[gram]] [[water]] met 1 graad [[Celsius]] te laat styg, teen 'n [[druk]] van 1 [[atmosferiese druk|atmosfeer]]. Die hoeveelheid hitte hang so 'n bietjie af van die begintemperatuur van die water, wat tot gevolg het dat daar verskeie eenhede is wat die naam ''kalorie'' dra maar effe verskillende waardes het. Dit is ongeveer gelyk aan 4,186 J.
 
== Oordrag van energie ==
=== Werk ===
:''Hoofartikel: [[meganiese werk]].''
 
''Werk'' is 'n maatstaf van die energie wat verbruik word om 'n krag oor 'n sekere afstande uit te oefen. Indien die krag nie verander oor 'n sekere weg nie, is in die een-dimensionele geval die energie wat nodig is:
 
Line 36 ⟶ 34:
In drie dimensies moet mens reken met die rigtinge van die beweging en die krag en word f.x 'n vektorproduk.
 
Indien die [[krag (fisika)|krag]] veranderlik is, word die energie <math>E</math> wat vereis word, gegee deur die [[integraal]]:
 
:<math> E = \int f(x) \, dx</math>
Line 45 ⟶ 43:
 
=== Hitte ===
:''Hoofartikel: [[Hitte]].''
 
''Hitte'' is 'n hoeveelheid energie wat normaalweg gekoppel word met 'n verandering in temperatuur of in 'n verandering in die fase van materie. In chemie is hitte die hoeveelheid energie wat geabsorbeer of vrygestel word deur 'n gegewe chemiese reaksie.
 
Line 52 ⟶ 48:
 
== Behoud van energie ==
Die eerste wet van [[termodinamika]] bepaal dat die totale invloei van energie in 'n stelsel in, gelyk moet wees aan die totale uitvloei van energie uit die stelsel uit plus die verandering van die energie wat die stelsel bevat. Hierdie wet word gebruik in alle vertakkinge van fisika. [[Noether se teorie]] stel die verband tussen die behoud van energie en die tydsonveranderlike aard van die wette van fisika.
 
== Kinetiese energie ==
Line 61 ⟶ 57:
:<math>E_k = \int \mathbf{v} \cdot \mathrm{d}\mathbf{p}</math>
 
Die vergelyking hierbo bepaal dat die kinetiese energie (<math>E_k</math>) gelyk is aan die [[integraal]] van die [[puntproduk]] van die [[snelheid]] (<math>\mathbf{v}</math>) van 'n voorwerp en die [[infinitesimaalrekene|infinitesimaal]] van die voorwerp se [[momentum]] (<math>\mathbf{p}</math>).
 
Vir [[spesiale relatiwiteit|nie-relatiwistiese]] snelhede, dit wil sê snelhede wat baie kleiner is as die [[spoed van lig]], kan ons die Newtoniese benadering gebruik:
Line 84 ⟶ 80:
* <math>m c^2 \,</math> die rusmassa energie is
 
In die vorm van 'n [[Taylorreeks]], kan die relatiwistiese vergelyking geskryf word as volg:
 
:<math>E_k = \frac{1}{2} mv^2 - \frac{3}{8} \frac{mv^4} {c^2} + \cdots </math>
Line 90 ⟶ 86:
Dit kan gesien word dat die tweede hoër orde terme in die reeks ooreenkom met die ''onakkuraatheid'' van die Newton benadering vir kinetiese energie relatief tot die relatiwistiese vergelyking. Dit kan gesien word dat hierdie onakkuraatheid ''baie'' klein is teen lae snelhede aangesien die tweede term baie na aan nul is.
 
== Potensiële energie ==
Terwyl [[kinetiese energie]] die deel van 'n [[stelsel]] se energie is wat met beweging verbind word, is potensiële energie die energie van 'n stelsel wat met die ruimtelike rangskikking van 'n stelsel se komponente en hul wisselwerkings met mekaar verbind word. <!-- Hier skort iets. Dalk ...wisselwerkings met mekaar te doen het. (?) -->
:''Hoofartikel: [[Potensiële energie]].'' <br />
 
Terwyl [[kinetiese energie]] die deel van 'n [[stelsel]] se energie is wat met beweging verbind word, is potensiële energie die energie van 'n stelsel wat met die ruimtelike rangskikking van 'n stelsel se komponente en hul wisselwerkings met mekaar verbind word. <!-- Hier skort iets. Dalk ...wisselwerkings met mekaar te doen het. (?) -->
 
In 'n geïsoleerde stelsel wat bestaan uit twee voorwerpe in rus op die x-as wat 'n krag <math>f(x)</math> op mekaar uitoefen, word die potensiële energie algemeen gedefinieer as:
Line 99 ⟶ 93:
:<math>E_p = -\int f(x) \, dx</math>
 
waar die krag tussen die voorwerpe slegs met afstand <math>x</math> varieer en daar langs die lyn, wat die twee voorwerpe koppel, af [[integraalrekene|geïntegreer]] word. <!-- moet daar nie dan 'n lynintegraalteken wees nie? \oint behoort 'n lynintegraal te maak. -->
 
Om die verwantskap tussen krag en potensiële energie verder te illustreer, kan ons dieselfde stelsel met twee voorwerpe op die x-as beskou. As die potensiële energie as gevolg van een van die voorwerpe op enige punt <math>x</math>, <math>U(x)</math> is, dan kan die krag op daardie voorwerp <math>x</math> uitgedruk word as:
Line 130 ⟶ 124:
== Interne energie ==
 
''Interne energie'' is die [[kinetiese energie]] geassosieer met die beweging van [[molekule]]s en die [[potensiële]] energie geassosieer met die [[rotasie]], [[vibrasie]] en [[elektriese]] energie van [[atoom|atome]] binne-in molekules. [[Interne energie]] is 'n kwantifiseerbare [[toestandsfunksie]] van 'n stelsel.
:''Hoofartikel: [[Interne energie]].''
 
''Interne energie'' is die [[kinetiese energie]] geassosieer met die beweging van [[molekule]]s en die [[potensiële]] energie geassosieer met die [[rotasie]], [[vibrasie]] en [[elektriese]] energie van [[atoom|atome]] binne-in molekules. [[Interne energie]] is 'n kwantifiseerbare [[toestandsfunksie]] van 'n stelsel.
 
== Energie as 'n funksie van toestand ==
Line 142 ⟶ 134:
'n Voorbeeld van die [[Energie omsetting|omskakeling]] en behoud van energie is die [[slinger]]. By sy hoogste punt is die kinetiese energie nul en die potensiële swaartekrag-energie op sy maksimum. By die laagste punt is die kinetiese energie weer op sy maksimum en gelyk aan die verlaging in potensiële energie. As 'n mens onrealisties aanvaar dat daar geen [[wrywing]] is nie, dan sal die energie behoue bly in die slinger en sal hy bly swaai tot in lengte van dae.
 
'n Ander voorbeeld is 'n [[chemiese ontploffing]] waardeur die potensiële chemiese energie omgeskakel word na kinetiese energie en hitte in 'n baie kort tydjie.
 
===Berekening van werk/energie/arbeid===
Line 153 ⟶ 145:
 
In terme van eenhede: J = Nm (Joule = Newton.meter)
 
 
'''Voorbeeld:'''