พลังงาน, งาน และกำลัง

พลังงานไม่เคยหายไป

• ที่ยอดเขาของรถเหวี่ยง รถจะเคลื่อนที่ช้าแต่สูง; ที่ฐานรถจะเคลื่อนที่เร็วแต่ต่ำ
• พลังงานไม่ได้หายไป — มันเพียง เคลื่อนย้าย จากที่เก็บหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งเท่านั้น
• นี่คือแนวคิดหลักของบทเรียนนี้: พลังงานมีลักษณะเป็น การเก็บรักษา, การถ่ายโอน, และมีการ อนุรักษ์ เสมอ

ที่เก็บพลังงานและการถ่ายโอนพลังงาน

• พลังงานสามารถถูก เก็บรักษา ไว้ในรูป: พลังงานจลน์, พลังงานศักย์โน้มถ่วง, เคมี, ยืดหยุ่น (ความเครียด), นิวเคลียร์, อิเล็กสแตติก, และภายใน (ความร้อน)
• พลังงานถูก ถ่ายโอน ระหว่างที่เก็บโดย: แรง (งานกล), กระแสไฟฟ้า, การให้ความร้อน, และคลื่น (เช่น แสงและเสียง)
• คำว่า "การใช้พลังงาน" จริงๆ แล้วหมายถึงการย้ายมันจากที่เก็บหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

กังหันลมถ่ายโอนพลังงานจากอากาศที่เคลื่อนที่ไปเป็นไฟฟ้า

พลังงานจลน์และพลังงานศักย์

• พลังงานจลน์ คือพลังงานของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่:

• การยกมวลขึ้นด้วยความสูง $\Delta h$ จะเปลี่ยน พลังงานศักย์โน้มถ่วง ของมัน:

• วัตถุที่ตกจะแปลงพลังงานศักย์โน้มถ่วงให้เป็นพลังงานจลน์

กฎการอนุรักษ์พลังงาน

• หลักการอนุรักษ์พลังงาน: พลังงานไม่ถูกสร้างหรือทำลาย — มันเพียงเคลื่อนย้ายระหว่างที่เก็บเท่านั้น
• พลังงานบางส่วนจะถูก สิ้นเปลือง เสมอ — โดยมักกระจายออกเป็นความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม
• แผนภาพ_sankey แสดงพลังงานเข้าที่แยกออกเป็นพลังงานที่มีประโยชน์และพลังงานที่สิ้นเปลือง

บนรถเหวี่ยง พลังงานที่เก็บไว้ที่ยอดจะกลายเป็นพลังงานจลน์ด้านล่าง

งาน

• งานที่ทำ เท่ากับการถ่ายโอนพลังงาน เมื่อมีแรงเคลื่อนที่วัตถุไปตามทิศทางของมัน:

• หน่วยของงานและพลังงานคือ จูล (J)
• การยกน้ำหนักที่หนักขึ้น หรือเคลื่อนที่ยิ่งไกลขึ้น จะทำางมากขึ้น

ลูกตุ้มนานาเล็งแลกเปลี่ยนพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานจลน์และกลับคืนมา

กำลังและประสิทธิภาพ

• กำลัง คืองานที่ทำ (การถ่ายโอนพลังงาน) ต่อทุกวินาที:

• หน่วยคือ วัตต์ (W); $1\ \text{W} = 1\ \text{J/s}$
• ประสิทธิภาพ คือสัดส่วนของพลังงานเข้าที่ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานที่มีประโยชน์:

• มันจะน้อยกว่า $100\%$ เสมอเนื่องจากมีพลังงานส่วนหนึ่งสิ้นเปลืองเสมอ

แผนภาพ_sankey: ความกว้างของแถบแปรผันตามพลังงาน ดังนั้นพลังงานเข้าจึงแยกเป็นเอาต์พุตที่มีประโยชน์และความร้อนที่สิ้นเปลือง

คุณเข้าใจแล้ว