אנרגיה, עבודה והספק
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ | אנרגיה קינטית |
| gravitational potential energy/ˌɡrævɪˈteɪʃənl pəˈtenʃl ˈenədʒi/ | אנרגיה פוטנציאלית כבידתית |
| conservation of energy/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv ˈenədʒi/ | שימור אנרגיה |
| Sankey diagram/ˈsæŋki ˈdaɪəɡræm/ | דיאגרמת סנקי |
| work done/wɜːk dʌn/ | עבודה |
| joule/dʒuːl/ | ג'ול |
| power/ˈpaʊə/ | הספק |
| efficiency/ɪˈfɪʃənsi/ | יעילות |
| watt/wɒt/ | וואט |
אנרגיה לעולם אינה נעלמת
- בראש גבעת רכבת הרים המכונית איטית אך גבוהה; בתחתית היא מהירה אך נמוכה.
- האנרגיה לא נעלמה — היא פשוט עברה מאחסון אחד למשנהו.
- זו הרעיון המרכזי של שיעור זה: אנרגיה אנוכסת, מועברת ותמיד שמורה.
מאגזי אנרגיה והעברות
- אנרגיה יכולה להיות אנוכסת כ: קינטית, פוטנציאל כבידתית, כימית, אלסטית (עיוות), גרעינית, אלקטרוסטטית, ופנימית (תרמית).
- היא מועברת בין מאגזים על ידי: כוחות (עבודה מכנית), זרמים חשמליים, חימום, וגלים (כמו אור וצליל).
- "שימוש באנרגיה" פועל בעצם מעבר ממאגר אחד למשנהו.
טורבינות רוח מעבירות אנרגיה מאוויר זורם לחשמל
זרימת אנרגיה ויעילות
אנרגיה הנכנסת מתחלקת לתוצאה מועילה ולאנרגיה מאובדת; יעילות היא החלק המועיל, והסך הכל תמיד נשמר.
אנרגיה, עבודה ועצמה
PE + KE = קבוע
כשגוף נופל, אנרגיה פוטנציאלית הופכת לאנרגיה קינטית — הסך הכל קבוע.
בחרו את כולם האפשרויות הבאות שמהוות מאגרי אנרגיה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
אנרגיה קינטית, כימית ופוטנציאלית כבידתית הן מאגרי אנרגיה. "רוע" ו"מהיר" מתארים דברים, אך אינם מאגרי אנרגיה.
אנרגיה קינטית ופוטנציאלית
- אנרגיה קינטית היא אנרגיה של גוף הנמצא בתנועה:
- הרמת מסה בגובה $\Delta h$ משנה את האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית שלו:
- גוף נופל ממיר אנרגיה פוטנציאלית כבידתית לאנרגיה קינטית.
כדור מסת $2.0\ \text{kg}$ זז במהירות $3.0\ \text{m/s}$. מהי אנרגיה הקינטית שלו, ב-J?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$E_k = \tfrac{1}{2}mv^2 = \tfrac{1}{2} \times 2.0 \times 3.0^2 = 9.0\ \text{J}$.
שימור אנרגיה
- עקרון שימור האנרגיה: אנרגיה לעולם אינה נוצרת או נהרסת — היא רק עוברת בין מאגזים.
- חלק מהאנרגיה תמיד נופל — לרוב מתפזר בחום לסביבה.
- דיאגרמת סנקי מראה את האנרגיה הנכנסת מתפצלת לאנרגיה מועילה ולאנרגיה שנפלה.
*במסלול הרוסיות, האנרגיה המאוגרת בראש הופכת לאנרגיה קינטית במעלה
כשאחת מכשירים מאבדת אנרגיה, לאן הולכת בדרך כלל האנרגיה המאובדת?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אנרגיה נשמרת — היא לעולם אינה נהרסת. אנרגיה מאובדת מתפזרת בדרך כלל בחום, שהקשה להשתמש בה שוב.
עבודה
- עבודה שווה לאנרגיה שהועברה. כאשר כוח מזז גוף לאורך כיוונו:
- היחידה לעבודה ולאנרגיה היא ג'ול (J).
- הרמת מטען כבד יותר, או הזזתו למרחק גדול יותר, מבצעת יותר עבודה.
מטוטלת מתנדדת מחליפה אנרגיה פוטנציאלית כבידתית לאנרגיה קינטית ולהפך
כוח של $50\ \text{N}$ דוחף קופסה למרחק של $4.0\ \text{m}$ לאורך הרצפה. כמה עבודה בוצעה, ב-J?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$W = Fd = 50 \times 4.0 = 200\ \text{J}$.
הספק ויעילות
- הספק הוא העבודה שנעשתה (האנרגיה שהועברה) בכל שנייה:
- היחידה היא ואט (W); $1\ \text{W} = 1\ \text{J/s}$.
- יעילות היא הכמות של האנרגיה הנכנסת שהפכה לשימושית:
- היא תמיד נמוכה מ$100\%$ מכיוון שחלק מהאנרגיה תמיד מאבד.
תרשים סנקי: רוחב הרצועות פרופורציונלי לאנרגיה, כך שכניסת האנרגיה מתפצלת ליציאה שימושית וחום מאובד
מנוע מבצע עבודה של $200\ \text{J}$ בזמן של $10\ \text{s}$. מהי העצמה שלו, ב-W?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{200}{10} = 20\ \text{W}$.
מנורה צורכת $50\ \text{J}$ של אנרגיה חשמלית ומפיקה $30\ \text{J}$ של אור מועיל. מהי היעילות שלה, ב-%?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
יעילות $= \dfrac{\text{useful}}{\text{total}} \times 100\% = \dfrac{30}{50} \times 100\% = 60\%$.
הבנתך מושלמת
- $E_k = \tfrac{1}{2}mv^2$ · $\Delta E_p = mg\,\Delta h$
- אנרגיה שמורה — אנרגיה מאובדת מסתיימת בדרך כלל כחום
- עבודה $W = Fd$ (ג'ול); הספק $P = \dfrac{W}{t}$ (ואט)
- יעילות $= \dfrac{\text{useful}}{\text{total}} \times 100\%$, תמיד מתחת ל$100\%$