Skip to main content
Global

7: Kazi, Nishati, na Rasilimali za Nishati

  • Page ID
    183333
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Hakuna ufafanuzi rahisi, lakini sahihi, wa kisayansi wa nishati. Nishati ina sifa ya aina zake nyingi na ukweli kwamba umehifadhiwa. Tunaweza kufafanua kwa uhuru nishati kama uwezo wa kufanya kazi, kukubali kwamba katika hali fulani si nishati zote zinapatikana kufanya kazi. Kwa sababu ya chama cha nishati na kazi, tunaanza sura na majadiliano ya kazi. Kazi inahusiana sana na nishati na jinsi nishati inavyoondoka kwenye mfumo mmoja hadi mwingine au kubadilisha fomu.

    • 7.0: Utangulizi wa Kazi, Nishati, na Rasilimali za Nishati
      Nishati ina jukumu muhimu katika matukio ya kila siku na katika matukio ya kisayansi. Bila shaka unaweza kutaja aina nyingi za nishati, kutoka kwa ile iliyotolewa na vyakula vyetu, hadi nishati tunayotumia kuendesha magari yetu, hadi jua linalotupunguza pwani. Unaweza pia kutaja mifano ya kile ambacho watu huita nishati ambayo inaweza kuwa si ya kisayansi, kama vile mtu mwenye utu wa juhudi. Si tu kwamba nishati na aina nyingi ya kuvutia, ni kushiriki katika karibu matukio yote, na ni moja ya con muhimu
    • 7.1: Kazi- Ufafanuzi wa kisayansi
      Kazi ni uhamisho wa nishati kwa nguvu inayofanya kitu kama inavyohamishwa. Kazi\(W\) ambayo nguvu\(F\) hufanya juu ya kitu ni bidhaa ya ukubwa\(F\) wa nguvu, mara ukubwa\(d\) wa uhamisho, mara cosine ya angle\(\theta\) kati yao. Katika alama,\[W = Fd \space cos \space \theta. \] kitengo SI kwa ajili ya kazi na nishati ni joule (J), ambapo\(1 \space J = 1 \space N \cdot m = 1 \space kg \space m^2/s^2\). Kazi iliyofanywa na nguvu ni sifuri ikiwa
    • 7.2: Nishati Kinetic na Theorem ya Kazi ya Nishati
      Kazi ya wavu\(W_{net}\) ni kazi iliyofanywa na nguvu ya wavu inayofanya kitu. Kazi kufanyika kwenye kitu uhamisho nishati kwa kitu. Nishati ya kutafsiri kinetic ya kitu cha\(m\) kusonga kwa kasi\(v\) ni\(KE = \frac{1}{2}mv^2\). Theorem ya kazi ya nishati inasema kwamba kazi ya wavu\(W_{net} \) kwenye mfumo hubadilisha nishati yake ya kinetic,\(W_{net} = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2\).
    • 7.3: Nishati ya uwezo wa mvuto
      Kazi iliyofanywa dhidi ya mvuto katika kuinua kitu inakuwa nishati ya uwezo wa mfumo wa kitu-Dunia. Mabadiliko katika nishati ya uwezo wa mvuto\(\Delta PE_g\)\(\Delta PE_g = mgh\), ni, kwa\(h\) kuwa ongezeko la urefu na\(g\) kuongeza kasi kutokana na mvuto. Nishati ya uwezo wa mvuto wa kitu karibu na uso wa Dunia ni kutokana na nafasi yake katika mfumo wa Misa ya Dunia. Tofauti tu katika nishati ya uwezo wa mvuto,\(\Delta PE_g\), kuwa na umuhimu wa kimwili. Kama kitu
    • 7.4: Majeshi ya Kihafidhina na Nishati
      Nguvu ya kihafidhina ni moja ambayo kazi inategemea tu juu ya pointi za mwanzo na za mwisho za mwendo, si kwa njia iliyochukuliwa. Tunaweza kufafanua uwezo wa nishati\((PE\) kwa nguvu yoyote ya kihafidhina, kama tulivyofafanua\(PE_g\) kwa nguvu ya mvuto. Nishati ya uwezo wa spring ni\(PE_s = \frac{1}{2}kx^2\), wapi\(k\) nguvu ya spring mara kwa mara na | (x\) ni uhamisho kutoka nafasi yake isiyojumuishwa. Nishati ya mitambo inaelezwa kuwa\(KE = PE\) kwa nguvu ya kihafidhina.
    • 7.5: Vikosi vya kihafidhina
      Nguvu isiyo ya kihafidhina ni moja ambayo kazi inategemea njia. Msuguano ni mfano wa nguvu isiyo ya kihafidhina inayobadilisha nishati ya mitambo katika nishati ya joto. Kazi\(W_{nc}\) iliyofanywa na nguvu isiyo ya kihafidhina inabadilisha nishati ya mitambo ya mfumo. Katika fomu equation,\(W_{nc} = \Delta KE + \Delta PE \) au, sawa,\(KE_i + PE_i + W_{nc} = KE_f + PE_f .\) Wakati majeshi yote ya kihafidhina na yasiyo ya kihafidhina kutenda, uhifadhi wa nishati inaweza kutumika na kutumika kwa mahesabu ya mwendo katika suala
    • 7.6: Uhifadhi wa Nishati
      Sheria ya uhifadhi wa nishati inasema kwamba nishati ya jumla ni mara kwa mara katika mchakato wowote. Nishati inaweza kubadilika kwa fomu au kuhamishwa kutoka mfumo mmoja hadi mwingine, lakini jumla inabakia sawa. Wakati aina zote za nishati zinachukuliwa, uhifadhi wa nishati umeandikwa kwa fomu ya equation kama\[KE_i + PE_i + W_{nc} + OE_i = KE_f + PE_f + OE_f ,\] wapi\(OE\) aina nyingine zote za nishati badala ya nishati ya mitambo.
    • 7.7: Nguvu
      Nguvu ni kiwango ambacho kazi imefanywa, au kwa fomu ya equation,\(P\) kwa nguvu ya wastani ya kazi\(W\) iliyofanywa kwa muda\(t\),\(P = W/t\). Kitengo cha SI cha nguvu ni watt (W), wapi\(1 \space W = 1 \space J/s\). Nguvu ya vifaa vingi kama vile motors umeme pia huonyeshwa mara nyingi kwa farasi (hp), wapi\(1\space hp = 746 \space W.\)
    • 7.8: Kazi, Nishati, na Nguvu katika Binadamu
      Mwili wa mwanadamu hubadilisha nishati iliyohifadhiwa katika chakula kuwa kazi, nishati ya joto, na/au nishati ya kemikali iliyohifadhiwa katika tishu za mafuta. Kiwango ambacho mwili hutumia nishati ya chakula ili kuendeleza maisha na kufanya shughuli tofauti huitwa kiwango cha metabolic, na kiwango kinachofanana wakati wa kupumzika kinaitwa kiwango cha kimetaboliki cha basal (BMR) Nishati iliyojumuishwa katika kiwango cha metabolic ya basal imegawanywa kati ya mifumo mbalimbali katika mwili, na ukubwa sehemu ya kwenda ini na wengu, na ubongo.
    • 7.9: Matumizi ya Nishati Duniani
      Matumizi ya jamaa ya fueli mbalimbali kutoa nishati yamebadilika zaidi ya miaka, lakini matumizi ya mafuta kwa sasa yanaongozwa na mafuta, ingawa gesi asilia na michango ya jua yanaongezeka. Ingawa vyanzo visivyo na mbadala vinatawala, baadhi ya nchi hukutana na asilimia kubwa ya mahitaji yao ya umeme kutokana na rasilimali mbadala. Marekani inapata tu 10% ya nishati yake kutoka vyanzo mbadala, hasa nguvu za umeme.
    • 7.E: Kazi, Nishati, na Rasilimali za Nishati (Zoezi)

    Thumbnail: Aina moja ya nishati ni kazi ya mitambo, nishati inayotakiwa kusonga kitu cha molekuli m umbali d wakati kinyume na nguvu F, kama vile mvuto. Matumizi ya picha kwa ruhusa (CC-SA-BY-NC -3.0; bila majina).