Esej o energiji i njenim pojavnim formama

Kada sam kao učenik šestog razreda počinjao da izučavam fiziku, negde pri samom početku – jer tako je i logično – učio sam o radu i energiji, dvema srodnim fizičkim veličinama. Nastavnica nam je dala definicije i jednog i drugog. Dobro se sećam tih definicija: izvršeni rad je mera promene energije, a energija je sposobnost tela da vrši rad.

Problem sa tim definicijama je što jedan nepoznat pojam „definišu“ preko drugog nepoznatog pojma, a odmah, u sledećoj lekciji, ovaj drugi nepoznati pojam definišu preko prvog pojma. Takav način definisanja možda je primeren samim početnicima u fizici, ali nije sasvim fer i korektan. Ne znam da li bi moja nastavnica matematike imala nešto da prigovori „fizičarki“, ali ja bih.

U međuvremenu, i sam sam naučio nešto fizike i matematike, i donekle shvatam nastavnicu fizike: moguće je da je na osnovačkom, početničkom nivou neophodno tako objasniti ova dva pojma đacima; moguće je da je to pedagoški ispravno, mada matematički posmatrano baš i nije.

Kada je reč o radu u fizici, mislim da se on ipak može shvatiti, i to lakše od energije (mehanička sila pomera predmet po putu, trenje je toliko-i-toliko, rad sile je takav-i-takav, zagrevanje je toliko…). Ali – šta je to energija? Mislim da je odgovor na ovo poslednje pitanje prilično težak. Štaviše, nisam siguran ni da li je u fizici odgovoreno na pitanje šta je to energija, i verovatno je da odgovor uključuje i razmatranje nekih drugih pojmova, kao što su masa, naelektrisanje ili spin.

Ja nisam sasvim siguran šta je to energija, i neću ponavljati onu nemuštu definiciju primerenu osnovcima. S druge strane, pričaću vam o tome šta je SVE energija. O tome i te kako ima šta da se kaže.

Kakva je energija

Problem sa energijom je u tome što ima mnogo pojavnih oblika. Nekada se manifestuje kao vetar koji krši grane drveća. Nekada je to toplota pored vatre ili grejalice. Zvuk takođe ima svoju energiju, a i munje i gromovi. U školi se uči o tome šta su kinetička i potencijalna energija. Pomislite samo o električnoj energiji, a o energiji Sunca i drugih zvezda – da i ne govorimo…!

Bez obzira na to što ove prirodne pojave deluju toliko različito, sve su to oblici jedne iste priče, sve je to – energija.

Energija je stvar koja vrlo lako može da promeni svoj trenutni lik i da poprimi neki sasvim drukčiji. Zbog toga i deluje toliko zagonetno i neuhvatljivo, i pretpostavljam da ju je zbog toga i teško definisati.

Ipak, kada se u nekom događaju u prirodi „podvuče crta“, koliko energije je bilo na početku događaja, isto toliko biće i na kraju. To je taj čuveni, neumoljivi „zakon održanja energije“. Ako smo u nekom eksperimentu (ili svakodnevnom životu) uložili 100 džula energije, toliko će se energije i potrošiti. Pri tome, najverovatnije je da će nešto energije „otići“ na trenje ili „razmenu sa okolinom“, ali u krajnjem zbiru biće tačno 100 džula.

Jedini izuzetak u vezi sa zakonom održanja energije su nuklearne reakcije, ali i još neke pojave u kvantnom svetu, tokom kojih dolazi do transformacije mase u energiju, ili –obrnuto – energije u masu. Zbog toga se zakon održanja energije, baš kao i zakon održanja mase, svaki ponaosob, objedinjuju jednim jedinstvenim zakonom održanja mase i energije.

Šta je sve energija? (2)

Sunce je glavni – posredni ili neposredni – energetski pokretač skoro svih procesa na našoj planeti. Energija koju trošite dok čitate ovaj tekst najverovatnije je došla sa Sunca, višestruko se pri tome transformišući.

Kada dizač tegova podigne tegove, oni imaju potencijalnu energiju.

Munje nastaju kada razlika potencijala između oblaka i zemlje postane dovoljno velika da dođe do „proboja“ vazduha, a zbog naglog zagrevanja i širenja okolnog vazduha nastaje i zvučni prasak. Velika energija oslobodi se kako u samom pražnjenju, tako i u svetlosti, zvuku i toploti.

Trkački automobil u pokretu ima veliku kinetičku energiju. Kada vozač treba da zaustavi vozilo, ta energija se pretvara u energiju trenja, zagrevanja, a ako je kočenje naglo – i zvuka.

U hidroelektranama velika količina akumulirane vode ima potencijalnu energiju. Kada se ta voda propusti preko (ili kroz) brane, potencijalna energija pretvara se u kinetičku. Zbog kinetičke energije vrte se turbine generatora naizmenične struje, koji se potom transformišu na visoki napon, čime se prenose na daljinu sa malo gubitaka.

U baterijama za kućne uređaje vrši se pretvaranje hemijske energije u električnu.

Proces fotosinteze pokreće, posredno ili neposredno, veliki procenat života na Zemlji. Zahvaljujući Sunčevoj energiji dolazi do transformacije ugljen-dioksida, vode i minerala u složenije molekule, koje na kraju koristimo u svakodnevnoj ishrani.

Kada se strujno kolo zatvori, energija baterije potroši se na zagrevanje vlakna sijalice, koje se usija, pa sijalica zrači svetlost i toplotu.

U zvučnicima se električna energija pretvara u zvučnu.

Domaći zadatak…

… koji niko neće pregledati, a mislim da je zanimljiv: možete li na kraju ove priče vi osmisliti tri  proizvoljna procesa transformacije energije? Znam da možete, samo se malo potrudite…!