L'énergie est la capacité de faire le travail. Elle peut prendre de nombreuses formes différentes. L'énergie du mouvement est appelée énergie cinétique, alors que l'énergie qu'un objet a cause de son emplacement est appelée énergie potentielle. L'énergie mécanique totale d'un objet est la somme de son énergie potentielle et cinétique. L'énergie stockée dans d'autres formes telles que l'énergie chimique peut être transformée en énergie mécanique.
Énergie chimique
énergie potentielle chimique est l'énergie stockée dans des liaisons entre atomes. Lorsque ces atomes prennent part à des réactions chimiques les obligations sont réarrangés et de l'énergie peuvent être libérés. La combustion est un type courant de réaction chimique qui libère de la chaleur et de la lumière. Dans les moteurs d'automobiles et d'autres machines similaires, la combustion de l'essence à l'intérieur des cylindres libère une grande quantité de chaleur, changeant radicalement la pression à l'intérieur du cylindre et entraînant ainsi le piston vers le bas le cylindre pour tourner un vilebrequin, convertissant ainsi l'énergie chimique en énergie mécanique. centrales de combustion des combustibles fossiles convertissent également l'énergie chimique en énergie mécanique en utilisant la chaleur de combustion pour produire de la vapeur qui peut entraîner une turbine.
Motors
Le type le plus simple du moteur est une boucle de fil dans un champ magnétique, comme le champ entre deux aimants de bar. Lorsque le courant traverse la boucle de fil, il crée un champ magnétique. Les champs magnétiques opposés créent des forces sur les deux moitiés de la boucle de fil qui la font tourner. Alors que la plupart des moteurs sont un peu plus complexes, ils fonctionnent tous par le même principe de base. Les moteurs électriques transforment l'énergie électrique en énergie mécanique, l'énergie électrique du courant dans le fil est utilisé pour tourner un arbre.
Thermodynamique
Thermodynamique est la branche de la physique qui étudie la façon dont la chaleur est convertie en énergie mécanique - et vice versa. Il y a trois lois fondamentales de la thermodynamique: l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, l'entropie d'un système fermé augmente toujours au fil du temps, et il est impossible de refroidir un système à zéro absolu avec un nombre fini de processus. De la première loi, nous savons que le changement de l'énergie interne d'un système - dire sa température et de pression - doit toujours être égale à la somme de la chaleur ajoutée ou retirée du système et le travail mécanique effectué par le système.
Moteurs thermiques
Les moteurs thermiques transforment l'énergie thermique en énergie mécanique. Les centrales électriques, les moteurs diesel et les moteurs à vapeur sont tous des exemples communs. Les moteurs thermiques fonctionnent typiquement dans un cycle. D'abord la chaleur d'un autre processus - la combustion dans les voitures, par exemple, ou la fission nucléaire dans les centrales nucléaires - est ajouté à un gaz. L'expansion du gaz conformément à la formule PV = nRT, dans laquelle P est la pression, V est le volume, n représente la quantité de gaz, R est une constante et T est la température. Comme il se dilate, le gaz fonctionne mécanique - par exemple, par la conduite d'une turbine. À ce stade, une partie de la chaleur qui ne peut pas être utilisé pour faire du travail est épuisé ou expulsé; dans une centrale électrique, par exemple, la vapeur provenant de la turbine est condensée de nouveau dans l'eau. De là, le cycle peut se répéter à nouveau.
Efficacité
Malheureusement, en raison des lois de la thermodynamique, aucun moteur thermique ne peut jamais fonctionner à 100 pour cent d'efficacité. Merci à friction et d'autres pertes, moteurs typiques fonctionnent bien en dessous de 100 pour cent d'efficacité. La même chose vaut pour les autres dispositifs de conversion d'énergie tels que les moteurs; en fin de compte, en raison de la friction et d'autres pertes, nous sommes toujours en train de perdre une quantité substantielle de l'énergie que nous dépensons lorsque nous convertissons des autres types d'énergie à l'énergie mécanique.