Energie
Inhoud |
[bewerk] Natuurkundig
In algemene zin is energie het vermogen om verandering te veroorzaken. De natuurkundige energie van een systeem is de totale hoeveelheid arbeid die moet worden verricht om vanaf een initiële grondtoestand tot de huidige te komen. Bijvoorbeeld hoeveel werk het kost om een zwaar voorwerp vanaf de grond op een tafel te zetten, of hoeveel om een spiraalveer een bepaalde afstand in te drukken die eerst ontspannen was. Energie is een zeer abstract begrip. De totale energie van een systeem is de som van alle bijdragen die op verschillende manieren is opgeslagen. Bijvoorbeeld een ingedrukte veer die op een tafel ligt. Energie is een toestandsfunctie, dat wil zeggen: de energie die ergens in is opgeslagen is onafhankelijk van de voorgeschiedenis: een glas water van 50°C dat juist is opgewarmd vanaf kamertemperatuur heeft dezelfde energie als zo'n zelfde glas water dat net vanaf het kookpunt is afgekoeld.
Als het systeem niet wordt tegengehouden, zal het altijd proberen de hoeveelheid vrije energie zo klein mogelijk te maken: de veer rolt van tafel en ontspant weer. Als een systeem zich in zo'n toestand van minimale energie bevindt, is het in evenwicht.
De SI eenheid voor energie is de joule. 1 joule is de hoeveelheid energie die nodig is om 1 meter lang een kracht van 1 newton op een voorwerp uit te oefenen.
De totale hoeveelheid energie in een gesloten systeem (dwz. dat er geen materiaal in- of uit kan) blijft altijd gelijk, dit heet de wet van behoud van energie. De totale energie van een systeem is de optelsom van alle microscopische en macroscopische energieën, namelijk; thermische-, mechanische-, kinetische-, potentiële-, elektrische-, magnetische-, chemische- en nucleaire energie. De interne energie (U) van een systeem wordt gegeven door de som van alle microscopische energieën; alle bovenstaande, met uitzondering van kinetische-, potentiële- en mechanische energie. In veel processen worden energieën van verschillende soorten in elkaar omgezet. Zo wordt in een gaskachel de chemische energie in het gas omgezet in warmte. En wanneer een voorwerp valt, wordt zwaartekrachtsenergie of potentiële energie omgezet in bewegingsenergie of kinetische energie.
[bewerk] Gratis energie?
Een gevolg van de wet van behoud van energie is dat het niet mogelijk is om een experiment te verzinnen dat vanzelf energie genereert; het is dus niet mogelijk dat een apparaat vanzelf gaat draaien en blijft draaien zonder dat van buitenaf energie wordt toegevoerd. Er is in het verleden heel vaak zo'n Perpetuum mobile (letterlijk: eeuwige beweger) "uitgevonden", maar bij allemaal bleek er uiteindelijk toch energie van buiten aan te pas te komen. Zelfs om de ene vorm van energie zonder verlies om te zetten in een andere vorm (uitgezonderd Warmte) is onmogelijk. Niet alle soorten energie blijken even gemakkelijk aan te maken. De Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica zegt dat Warmte een energievorm is die veel gemakkelijker te maken is uit andere energievormen dan bijvoorbeeld Elektrische energie. Dus ook elke motor met een rendement van 100% is theoretisch onmogelijk.
[bewerk] Energie of Massa
Albert Einstein maakte in één klap energie een stuk minder abstract: hij stelde dat energie gelijkwaardig is met massa met een formule die tot nog toe alle waarnemingen kan verklaren. Het is de equivalentie van massa en energie, in de wereldberoemde formule
met E de totale energie, m de massa in kilogram en c de constante van de lichtsnelheid.
In woorden: het IS mogelijk om energie te laten ontstaan of verdwijnen: bij kernreacties worden de deelnemende kernen een BEETJE lichter, en daarbij ontstaan ENORME hoeveelheden energie (en andersom).
[bewerk] Vormen van energie
- Kinetische energie (bewegingsenergie)
- Gravitatie energie (zwaarte energie)
- Elektromagnetische energie
- Nucleaire energie (kernenergie)
- Warmte
- Straling
- Chemische energie
[bewerk] Thermodynamica en vrije energie
In de thermodynamica wordt onderscheid gemaakt tussen de energie of enthalpie (H) zoals hierboven beschreven, en de vrije energie (G). De vrije energie bevat een term voor de wanordelijkheid van het systeem, genaamd entropie (S). Het deel van de energie dat kan worden omgezet in technische arbeid (natuurkunde) door een hoeveelheid stof naar omgevingscondities (omgevingsdruk en -temperatuur) te brengen, heet exergie.
[bewerk] Maatschappelijk
Energie in een maatschappelijke context (bijvoorbeeld "het energie-vraagstuk") verwijst naar het probleem om steeds meer elektriciteit en warmte te willen produceren uit een steeds kleiner wordende voorraad fossiele brandstoffen.
[bewerk] In een breder kader
Energie wordt taalkundig gezien als een eigenschap nodig om een effect te veroorzaken. Veel mensen vinden dat hun gevoelens en gedachten ook een vorm van energie zijn. Ook vitaliteit wordt gezien als energie. Dit heeft binnen de exacte wetenschappen weinig waarde aangezien er niets aan is te meten.
 |
Wikibooks heeft een cursus over dit onderwerp: Natuurkunde voor kinderen: Energie |
