Energi

Energi är en fysikalisk storhet. Vanligen avses med energi "utfört arbete", eller total mängd kraft spenderad eller lagrad, det vill säga effekt gånger tid eller kraft gånger sträcka. Exempelvis använder en apparat som drar 1 kilowatt och står påslagen i 10 timmar energimängden 10 kilowattimmar. Den standardiserade enheten är joule (J), men även kalori (Cal), voltamperesekund (V·A·s), wattimme (W·h) och elektronvolt (eV) används, mest beroende på fysikaliskt fenomen och eftersom de har historiskt tolkats som olika kvantiteter fram till 1900-talet. Energin bevaras alltid, vilket brukar kallas energiprincipen.

Definition

Det finns ingen entydig och sammanfattande definition för energi, utan man får finna definitioner som förklarar den energiform som energin tar vid. Därför kan man inte säga att den mekaniska energin är den samma som den elektriska energin, även om man kan tyckas uppfatta det så. I den mekaniska energin så innefattas energiformer som rörelseenergi och lägesenergi. Lägesenergin (Potentiella energin) för ett objekt mäts relativt en annan energinivå. En vanlig definition på lägesenergin är då arbetet det tar att flytta objektet från oändligheten till position x.

E(\boldsymbol{x}) = \int_{\infty}^{\boldsymbol{x}}\boldsymbol{F}\,\cdot d\boldsymbol{x}

Energin för initialpositionen

\boldsymbol{x} = \infty

kan väljas godtyckligt, men ofta används

E(\infty) = 0

. Arbetet att flytta objektet från x₁ till x₂ kan då skrivas

E(\boldsymbol{x}_{2}) - E(\boldsymbol{x}_{1}) = \int_{\boldsymbol{x}_{1}}^{\boldsymbol{x}_{2}}\boldsymbol{F}\,\cdot d\boldsymbol{x}

En annan vanlig referensnivå är att utgå från x = 0 och E(0) = 0, beroende på fysikaliskt problem, randvillkor, och dylikt.

För den mekaniska energin finns även samband mellan rörelseenergi och lägesenergi som omfattas av följande

\boldsymbol{KE - KE_{0}} = \boldsymbol{PE - PE_{0}}

där följande innebär

\frac{mv^{2}}{2} - \frac{mv_{0}^{2}}{2}  = mgh - mgh_{0}

Där v står för hastigheten, h höjden, KE för rörelseenergin (kinetiska energin) och PE för lägesenergin (potentiella energin). Vi har rörelseenergin på vänstra sidan om likhetstecknet och lägesenergin på den högra.

Att uttrycket ovan gäller här är för att just den mekaniska energin är "bevarad". Denna bevaring av energin kallas för energikonservering och ingår i något som kallas för konserveringslagarna. Konserveringslagen för den mekaniska energin innefattas då av sambandet

\boldsymbol{E}_f = \boldsymbol{E}_e

Detta uttryck följs direkt av en omkastelse av sambandet mellan rörelse och läges energin (se ovan). Vänstra sidan om likhetstecknet innefattar den "totala" energin (före) transformeringen till en annan energiform och högra sidan om likhetstecknet innefattar den "totala" energin (efter) transformeringen av energin är gjord.

Energibevaring innebär att ingen energi går "förlorad", utan lika stor mängd energi som vi får i nästa i energiform är precis lika med den energimängd som vi hade i energiformen innan. Ett klar exempel är vid byte av lägesenergi till rörelseenergi eller vice versa, då avsaknaden av all friktion är gällande. ' Energikonserveringen gäller endast då det här är tal om konservativt kraftfält.

Övriga definitioner

Energi är ofta produkten mellan en intensiv och extensiv storhet, till exempel kraft och sträcka.

Albert Einstein visade på att materia och energi egentligen är två sidor av samma mynt. Relationen är enligt Einstein E=m·c². Exempelvis väger en spänd fjäder något mer än en ospänd, och ett laddat batteri väger något mera än ett oladdat. Just för att dom innehåller mera energi. Omvänt gäller att all materia är detsamma väldiga mängder energi.

Energi kan även vara negativt. Exempel på sådant är lägesenergi (potentiell energi) där man måste tillföra energi för att sära på objekten.

I SI används definitionen av energi och effekt tillsamman med grundenheten strömstyrka för att definiera övriga elektriska enheter. Genom detta får man ett enhetligt system av enhter där det klart framgår att elektrisk energi och t ex mekanisk energi inte skiljer sig åt till sin natur.

Energikvalitet

Energi som fysikaliskt begrepp har inga egenskaper mer än sin storhet. Men i verkliga livet används energibegreppet och dess mätvärden J, kWh etc, på olika former av energi som är olika användbara. Som exempel kan nämnas att 1 kWh elektrisk energi driver en bil mycket längre än om du har motsvarande mängd värme. Man brukar uttrycka det så att elektrisk och mekanisk energi är prima energi, kan omvandlas till andra energislag utan förluster (teoretiskt), medan t ex värme, och särskilt sådan med låg tempertatur (egentligen, liten skillnad mot omgivningen) har mycket lägre kvalitet. Det har framkastats ideer om att för energiförsörningen tala om Exergi som ett storhet för "användbar energimängd" och samma enheter som energi, men detta har inte fått någon större spridning.

Sådana frågor behandlas inom termodynamik, där även energins följeslagare entropi

Se även

Energiform

Energiproduktion