에너지

에너지(영어: energy, 문화어: 에네르기, 독일어: energie)는 물리학에서 일을 할 수 있는 능력을 뜻한다. 이에 크게 벗어나지 않게, 일반적으로 '석유 에너지', '원자력 에너지'와 같이 '에너지원'이라는 뜻으로도 쓰인다.

단위

에너지의 SI 단위는 일과 마찬가지로 줄이며 1줄(1J)은 1N의 힘으로 물체를 1m 움직일 수 있는 에너지에 해당한다.

$1\ \mathrm {J} =\mathrm {kg} \left({\frac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}\right)^{2}={\frac {\mathrm {kg} \cdot \mathrm {m} ^{2}}{\mathrm {s} ^{2}}}$

이 외의 단위로는 칼로리가 있다. 1칼로리(cal)는 물 1g의 온도를 14.5°C에서 15.5°C까지 올리는 데 들어가는 에너지로 정의된다.

또 다른 단위로는 영국 열 단위(Btu)가 있다. 1Btu는 물 1파운드의 온도를 63°F에서 64°F로 올리는 데 들어가는 에너지로 정의된다.^[1]

종류

일-에너지 등가 원리에 의해 1J은 1N의 힘으로 물체를 1m 움직이는 동안에 하는 일과 그 일로 환산할 수 있는 양에 해당한다.

E=\int F\cdot dl

에너지 (E)는 힘을 물체를 움직인 거리에 대해 적분한 값과 같다.

운동 에너지

운동 에너지란 운동하는 물체가 가진 에너지이다. 이는 정지 상태의 물체를 해당 속도로 움직이도록 하는 데 들어가는 일의 양과 같다.

E=\int Fdl=\int madl={\frac {1}{2}}mv^{2}

일-운동에너지 정리에 의하면 물체가 받은 일의 양은 물체의 운동에너지 변화량과 같다.

위치 에너지

위치 에너지(Potential energy)는 물체가 어떤 위치에 있음으로서 가지는 잠재적인 에너지이다. 위치 에너지는 중력에 의한 위치 에너지, 탄성에 의한 위치 에너지, 전기력에 의한 위치 에너지 등이 있다.

열에너지

열에너지도 에너지의 한 종류이다. 열은 한 계에서 온도가 더 낮은 다른 계로 전달되는 에너지의 한 형태이다. 특히 어떤 물체가 가지는 열역학적 상태에 의한 에너지를 내부 에너지라 한다.

전기 에너지

전기적 위치 에너지는 전하량과 전위의 곱으로 나타낸다.^[2]

$U=qV$

축전기에 저장된 전기 위치 에너지는 전압의 제곱에 비례하고 유전율에 비례한다.^[2]

$U={\frac {1}{2}}CV^{2}$

화학 에너지

화학 결합에 의해 물질 속에 저장되어 있는 에너지이다.

소리 에너지

공기와 같은 물질의 진동에 의해 전달되는 에너지이다. 진공, 기체, 액체, 고체 순으로 소리의 속력이 빨라지며 진공 상태에서는 소리가 없어진다.

핵에너지

원자핵이 분열하거나 서로 융합할 때 발생하는 에너지이다. 일반적으로 핵발전에 쓰이는 원소는 우라늄과 플루토늄이 있다. 일례로 태양은 핵융합을 하며 핵 에너지, 빛 에너지, 열 에너지를 발생시킨다.

빛에너지

빛이 가지고 있는 에너지이다. 고체, 액체, 기체, 진공 순으로 빛의 속력이 빨라진다. 또 매질이 없어도 된다.

에너지의 전환과 보존

모든 상호작용에서 에너지는 보존된다. 가령, 당구공이 부딪히면 운동 에너지와 소리 에너지 등으로 바뀌지만 이들의 총합은 일정하다. 에너지 보존 법칙은 모든 상호작용을 다 고려한 것이 시간이 지남에 따라 변화하지 않는 것으로 이해할 수 있다. 이러한 상호작용은 해밀토니안 연산자로 나타나며, 상호작용의 시간흐름에 대한 변환으로 나타낼 수 있다.

같이 보기

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에너지

각주

↑ Halliday, David (2014). 《Principles of Physics》. Wiley.
↑ ^가 ^나 1916-2010,, Halliday, David,. 《Principles of physics.》 Ten, internationaludent version판. [Singapore]. ISBN 9781118230749.

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[1] Halliday, David (2014). 《Principles of Physics》. Wiley.

[:0-2] 가 ^나 1916-2010,, Halliday, David,. 《Principles of physics.》 Ten, internationaludent version판. [Singapore]. ISBN 9781118230749.

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