Перегляд вихідного коду сторінки Енергія

{{Інші значення|Енергія (значення)}}
{{Фізична величина
| назва = Енергія
| зображення = 
| підпис = 
| символи = <math>E</math>
| SI = [[Джоуль|Дж]] = [[Ньютон|Н]]{{·}}[[Метр|м]] = [[Ват|Вт]]{{·}}[[Секунда|с]]
| СГС = ерг
| СГСЕ = 
| СГСМ = 
| інші = 
| базовівеличини = [[Кілограм|кг]]{{·}}[[Метр|м]]<sup>2</sup>{{·}}[[Секунда|с]]<sup>−2</sup>
| розмірність = [[Довжина|L]]<sup>2</sup>{{·}}[[Маса|M]]{{·}}[[Час|T]]<sup>−2</sup>
| величина = 
| іншівеличини = [[Електронвольт|еВ]], [[калорія|кал]], [[гартрі]]
| примітки = 
| nocat = 
}} 
[[Файл:Lightning over Oradea Romania zoom.jpg|thumb|right| [[Блискавка]] є однією з форм передачі енергії]]
[[Файл:Bockdampfmaschine.JPG|thumb|Парові двигуни перетворюють тепло в механічну енергію]]

'''Ене́ргія''' ({{lang-grc|1=ἐνέργεια = [ἐν- (en-, “в”) +‎ ἔργον (érgon, “діло”) = діяти] +‎ -ος (-os, "іс") + -ιᾰ (-ia, "ть")}}&nbsp;— діяльність)&nbsp;— це [[Скаляр|скалярна фізична величина]], загальна кількісна міра [[Рух (механіка)|руху]] і [[взаємодія|взаємодії]] всіх видів [[Матерія (фізика)|матерії]]. Енергія не виникає з нічого і нікуди не зникає, вона може тільки переходити з одного стану в інший ([[закон збереження енергії]]). Поняття енергії поєднує всі явища природи в одне ціле, є загальним визначенням стану [[фізичне тіло|фізичних тіл]] і [[Поле (фізика)|фізичних полів]].

Внаслідок існування закону збереження енергії поняття «енергія» поєднує всі [[явище|явища]] [[природа|природи]].

Поняття енергії пов'язане зі здатністю [[фізичне тіло|фізичного тіла]] або системи виконувати [[робота (фізика)|роботу]]. Під час цього, тіло або система частково губить енергію, витрачаючи її на зміни в навколишніх тілах.

== Позначення й одиниці вимірювання ==
[[Файл:Fahrrad-detail-23.jpg|thumb|[[Динамо-машина|Динамо]] перетворює механічну енергію в електричну енергію]]
[[Файл:Midsummer bonfire.jpg|thumb|Вогонь перетворює хімічну енергію в теплову]]

У фізиці енергія зазвичай позначається латинською літерою ''E''. У [[Міжнародна система одиниць (SI)|Міжнародній системі одиниць (SI)]] енергія вимірюється в [[джоуль|джоулях]]. У системі [[СГС]]&nbsp;— у [[ерг]]ах. Крім цих основних одиниць вимірювання, на практиці використовують дуже багато інших зручних для певного застосування одиниць. В [[атомна фізика|атомній]] і [[ядерна фізика|ядерній фізиках]] а також у [[фізика елементарних частинок|фізиці елементарних частинок]] енергію вимірюють [[Електронвольт|електрон-вольтами]], в хімії [[калорія]]ми, у [[фізика твердого тіла|фізиці твердого тіла]] [[Кельвін|градусами Кельвіна]], у [[спектроскопія|спектроскопії]] [[обернений сантиметр|оберненими сантиметрами]], у [[квантова хімія|квантовій хімії]] [[Гартрі]].

== Види енергії ==

Відповідно до різних форм руху матерії, розрізняють кілька типів енергії: [[механічна енергія|механічна]], [[Електрична енергія|електрична]], [[хімічна енергія|хімічна]], [[Атомна енергія|атомна]], [[теплова енергія|теплова]] та ін. Цей поділ є досить умовним. Так, хімічна енергія складається з [[кінетична енергія|кінетичної енергії]] руху [[електрон]]ів, їхньої взаємодії та співдії з [[атом]]ами.

Водночас розрізняють енергію внутрішню та енергію у полі зовнішніх сил. [[Внутрішня енергія]] дорівнює сумі кінетичної енергії руху [[молекула|молекул]] і [[потенціальна енергія|потенціальної енергії]] взаємодії молекул між собою. Внутрішня енергія [[Ізольована термодинамічна система|ізольованої системи]] є постійною.

У різноманітних фізичних процесах різні види енергії можуть перетворюватися один в інший. Наприклад, атомна енергія в [[атомна електростанція|атомних електростанціях]] перетворюється спочатку на внутрішню теплову енергію [[пара|пари]], яка обертає [[турбіна|турбіни]] (механічна енергія), що своєю чергою індукують [[електричний струм]] в [[електричний генератор|генераторах]] (електрична енергія), який використовують для освітлення (енергія [[електромагнітне поле|електромагнітного поля]]) тощо.

Енергія системи однозначно залежить від параметрів, що визначають її стан. Стосовно неперервного середовища, вводять терміни [[густина енергії|густини енергії]]&nbsp;— енергія в одиниці об'єму, і [[густина потоку енергії|густини потоку енергії]], що дорівнює добутку густини енергії на швидкість її переміщення.

[[Файл:Thomas Young (scientist).jpg|thumb| left |150px|[[Томас Юнг]]. Першим застосував термін енергія. ]]
[[Файл:Hermann von Helmholtz.jpg|thumb| left |150px|[[Герман фон Гельмгольц]], німецький фізик, фізіолог та психолог]]

Енергія в різних галузях:

* У механіці&nbsp;— сума потенціальної та кінетичної енергії.
* У термодинаміці&nbsp;— внутрішня енергія або збільшення термодинамічної енергії, що є сумою теплоти та роботи, наданих системі.
* Для фотона E= hν, де h&nbsp;— стала Планка, ν&nbsp;— частота випромінення.
* У релятивістичній фізиці E= mc<sup>2</sup>, де m маса, c&nbsp;— [[швидкість світла]].

== Історія ==
Тлумачення енергії складалося у фізиці протягом багатьох століть. Його розуміння весь час змінювалося. Уперше термін «енергія» у сучасному фізичному розумінні застосував у [[1808]] році [[Томас Юнг]]. До того вживався термін [[Жива сила (фізика)|жива сила]] ({{lang-la|vis viva}}), який ще в 17-му столітті ввів у обіг [[Готфрід Вільгельм Лейбніц]], визначивши його як добуток [[маса|маси]] на квадрат [[швидкість|швидкості]].<br/>[[1829]] року, [[Гаспар-Гюстав Коріоліс]] вперше застосував термін кінетична енергія в сучасному сенсі, а термін потенціальна енергія був запроваджений [[Вільям Джон Ранкін|Вільямом Ренкіном]] в [[1853]] році. На той час отримані в дослідженнях у різних галузях науки дані почали складатися в загальну картину. Завдяки дослідам [[Джеймс Прескотт Джоуль|Джоуля]], [[Юліус Роберт фон Маєр|Маєра]], [[Герман фон Гельмгольц|Гельмгольца]] прояснилося питання перетворення механічної енергії в теплову. В одній з перших робіт «Про збереження сили» (1847) Гельмгольц, дотримуючись задуму єдності природи, математично обґрунтував закон збереження енергії та положення про те, що живий організм є фізико-хімічним середовищем, у якому зазначений закон точно виконується. Гельмгольц сформулював «принцип збереження сили» і неможливість [[Вічний двигун|Perpetuum Mobile]]. Ці відкриття дозволили сформулювати [[перший закон термодинаміки]] або [[закон збереження енергії]]. Поняття енергії стало центральним у розумінні фізичних процесів. Незабаром, у природний спосіб, у поняття енергії вписалася [[термодинаміка]] хімічних реакцій і теорія [[електрика|електричних]] і [[електромагнетизм|електромагнітних]] явищ.

З побудовою [[теорія відносності|теорії відносності]] до поняття енергії додалося нове розуміння. Якщо раніше потенціальна енергія визначалася з точністю до довільної сталої, то [[спеціальна теорія відносності]] встановила [[Питання еквівалентності маси та енергії|зв'язок енергії з масою]].

[[Квантова механіка]] збагатила поняття енергії [[Квантування (квантова механіка)|квантуванням]]&nbsp;— для певних фізичних систем енергія може брати лише дискретні значення. Крім того, [[принцип невизначеності]] встановив границі точності вимірювання енергії і її взаємозв'язок із [[час]]ом. [[Теорема Нетер]] продемонструвала, що закон збереження енергії випливає з принципу [[Однорідність часу|однорідності часу]], за яким фізичні процеси в однакових системах протікають однаково, навіть якщо вони починаються в різні моменти часу.

== [[Теорія відносності]] ==

Енергія тіла залежить від [[система відліку|системи відліку]], тобто неоднакова для різних [[спостерігач]]ів. Якщо тіло рухається зі швидкістю <math> v </math> відносно якогось спостерігача, то для іншого спостерігача, який рухається з тією ж швидкістю, воно здаватиметься нерухомим. Відповідно, для першого спостерігача кінетична енергія тіла буде дорівнювати (виходячи із законів класичної механіки) <math> m v^2/2 </math>, де m&nbsp;— маса тіла, а для іншого&nbsp;— нулю.

Ця залежність енергії від системи відліку зберігається також у [[теорія відносності|теорії відносності]]. Для визначення перетворень, які відбуваються з енергією при переході від одної інерційної системи відліку до іншої, використовують складнішу математичну конструкцію&nbsp;— [[тензор енергії-імпульсу]].

Енергія тіла залежить від швидкості вже не так, як у Ньютонівській фізиці, а [[Питання еквівалентності маси та енергії|формулою Ейнштейна]]:
: <math> E = \frac{mc^2}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} = mc^2 + \frac{mv^2}{2} + O \left( \left( \frac{v}{c} \right)^4 \right)</math>,

де <math> m </math>&nbsp;— [[інваріантна маса]]. У системі відліку, пов'язаній з тілом, його швидкість дорівнює нулю, а енергія, яку називають енергією спокою:
: <math> E_0 = mc^2</math>.

Це найменша енергія, яку може мати масивне тіло. Значення формули Ейнштейна також у тому, що до неї енергія визначалася з точністю до довільної сталої, а формула Ейнштейна знаходить абсолютне значення цієї сталої.

== Квантова механіка ==
Тоді, як у [[Класична механіка|класичній фізиці]] енергія будь-якої системи змінюється неперервно і може набувати довільних значень, [[квантова механіка|Квантова теорія]] стверджує, що енергія мікрочастинок, прив'язаних силою взаємодії із іншими мікрочастинками до обмежених областей простору, може набувати лише певних дискретних значень. Так, атоми випромінюють енергію в вигляді дискретних порцій&nbsp;— світлових [[квант]]ів, або [[фотон]]ів, величина яких залежить від [[частота|частоти]]:
: <math> E = \hbar \omega </math>,

де <math> \hbar </math>&nbsp;— [[стала Планка]], а <math> \omega </math>&nbsp;— [[циклічна частота]].

Оператором енергії у квантовій механіці є [[гамільтоніан]]. В [[стаціонарний стан квантовомеханічної системи|стаціонарних станах квантових систем]] енергія може мати лише ті значення, які відповідають [[власне значення|власним значенням]] гамільтоніана. Для [[локалізований стан|локалізованих станів]] енергія може мати лише певні дискретні значення.

== Принцип невизначеності ==

Енергія є фізичною величиною, [[Канонічне перетворення|канонічно спряженою]] з [[час]]ом. [[Принцип невизначеності]] [[Вернер Гейзенберг|Гейзенберга]] для енергії записується у вигляді
: <math> \Delta E \Delta t \geq \frac{\hbar}{2}  </math>,

де <math> \Delta E </math>&nbsp;— [[похибка]] у визначенні енергії, <math> \Delta t </math>&nbsp;— похибка у визначенні часу, <math> \hbar </math>&nbsp;— [[Стала Планка|зведена стала Планка]].

Ця умова означає, що для абсолютно точного визначення енергії фізичної системи, за нею потрібно спостерігати нескінченно довго. Якщо ж система існує в певному стані скінченний час, то похибка у визначенні її енергії визначається цим часом.

Зважаючи на мале значення сталої Планка, похибка у визначенні енергії макроскопічних систем незначна, й у більшості випадків нею можна знехтувати. Однак, у разі розгляду мікроскопічних станів із дуже малим [[час життя|часом життя]], вона може бути суттєвою.

== Див. також ==
* [[Кінетична енергія]]
* [[Потенціальна енергія]]
* [[Робота (фізика)]]
* [[Пластова енергія]]
* [[Поверхнева енергія]]
* [[Тензор енергії-імпульсу]]
* [[Енергія вакууму]]
* [[Світове споживання енергії]]
* [[Електрична енергія]]
* [[Альтернативні джерела енергії]]
* [[Емергія]]
* [[Потік енергії]]
* [[Планківська енергія]]
* [[Теорема про кінетичну енергію системи]]

== Джерела ==

* {{cite book
|автор=Федорченко А.М.
|назва=Теоретична механіка
|дата=
|рік=1975
|видавництво=Вища школа
|знаходження=Київ}}, 516 с.
* {{cite book
|автор=Федорченко А.М.
|назва=Теоретична фізика. Квантова механіка, термодинаміка і статистична фізика. Т.2.
|дата=
|рік=1993
|видавництво=Вища школа
|знаходження=Київ}}, 415 с.
* Feynman Richard The Feynman Lectures on Physics; Volume 1.&nbsp;— U.S.A: Addison Wesley.&nbsp;— ISBN 0-201-02115-3.
* Smith, Crosbie (1998). The Science of Energy&nbsp;— a Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain. The University of Chicago Press. ISBN 0-226-76420-6.

== Література ==
* Джерела енергії: підручник / В.&nbsp;І.&nbsp;Шкляр, В.&nbsp;В.&nbsp;Дубровська.&nbsp;— К. : КПІ ім. І. Сікорського: Політехніка, 2018.&nbsp;— 336 с.&nbsp;— ISBN 966-622-870-6.

== Посилання ==
* [http://encyclopedia.kiev.ua/vydaniya/files/use/first_book/part3.pdf Енерґетизм] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210504235356/http://encyclopedia.kiev.ua/vydaniya/files/use/first_book/part3.pdf |date=4 травня 2021 }} // {{УМЕ3|сторінки=412-414}}
* [http://encyclopedia.kiev.ua/vydaniya/files/use/first_book/part3.pdf Енерґія] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210504235356/http://encyclopedia.kiev.ua/vydaniya/files/use/first_book/part3.pdf |date=4 травня 2021 }} // {{УМЕ3|сторінки=414}}

{{Природа}}
{{Розділи фізики}}
{{authority control}}

[[Категорія:Фізичні величини]]
[[Категорія:Енергія]]
[[Категорія:Базові поняття фізики]]