Понятие “энергия”

Понятие “энергия” в современной научной, учебной и справочной литературе и, особенно, в средствах массовой информации обросло большим количеством дополнений и определений, которые подчас не имеют никакого отношения к физике. Но и в самой физике в вопросе систематизации этих дополнений и определений тоже нет четкости. И прежде всего этого касается понятий “формы энергии” и “виды энергии”. 

В словаре Глоссарий.ру “энергия – это скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различныхформ движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие”. (Здесь и далее подчеркивания в цитатах наши - И.К.). О том же говорит и БСЭ: “Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она только может переходить из одной формы в другую. “. В этих двух определениях речь идет только о формах движения и о формах энергии. Но можно привести и примеры путаницы. 

В метрологическом справочнике А.Чертова (1990) сказано так: “Различным видам движения и взаимодействия материи соответствуют разные виды энергии: механическая (кинетическая и потенциальная), внутренняя, электромагнитная, ядерная и др.”. Здесь речь идет уже о видах движения и видах энергии. 

В справочнике по физике Б.Яворского и А.Детлафа (1990) приведено такое словосочетание: “различные виды (формы) энергии”. Здесь формы и виды энергии приравнены друг другу. В учебнике по физике И.Савельева (2005, кн.1) энергия делится только на виды. Вот цитата: “В соответствии с различными формами движенияматерии рассматривают разные виды энергии - механическую, внутреннюю, электромагнитную, ядерную и др.”. И далее: “Механическая энергия бывает двух видов - кинетическая и потенциальная”. Здесь уже виды энергии соответствуют формам движения. 

О.Бондаренко и С.Кадыров (2000) подразделяют энергию на иерархически высшие и низшие области, к первым они относят кинетическую, магнитную, механическую энергии, ко вторым – потенциальную, электрическую, тепловую. Тут вообще непонятно, почему механическая и кинетическая энергии равноправны в смысле их классификации. 

В.Эткин (2008) вводит понятия упорядоченных и неупорядоченных форм энергии, выводя эти понятия из упорядоченной работы технических устройств, предназначенной для “целенаправленного преобразования одних видов энергии в другие”, и неупорядоченной работы, при которой отсутствует упорядоченное движение физической системы (ее перемещение). 

Приведенные сведения свидетельствуют о том, что в современной физике и в современной метрологии энергия на формы и виды не подразделяется вообще. А если подразделяется, то формы и виды энергии трактуются по-разному. Однако таким терминам, как “формы энергии” и “виды энергии” следует обязательно придать однозначность, и это сделано в работах И.Когана (2006, 2007, 2009).

http://physicalsystems.narod.ru/index03.1.09.html

Что следует назвать формами и видами энергообмена?

Если быть уже совсем точными, то при систематизации физических величин следует говорить не столько о формах энергии, сколько о формах энергообмена, и не столько о видах энергии, сколько овидах энергообмена, что и отражено на показанной ниже схеме.

Такие общепринятые понятия, как работа силы, теплообмен, количество электроэнергии, становятся не более, чем различными формами энерообмена в различных формах движения. В отличие от них виды энергии (потенциальная, диссипативная, кинетическая) отражают виды энергообменавнутри одной и той же формы движения. Причинами изменения видов энергообмена становятся различные виды противодействий системы, разъясненнные на странице, посвященной переходному процессу.

Противодействие жесткости системы U_D соответствует изменению потенциальной энергии dW_p системы, диссипативное противодействие системы U_R – изменению энергии диссипации dW_R системы, а противодействие инертности системы U_I – изменению кинетической энергии dW_k системы.

А общее противодействие системы, равное и противоположное по знаку энергетическому воздействию dWна систему, должно состоять из суммы изменений всех трех видов противодействий системы. Приведенные на схеме символы соответствуют обобщенному уравнению динамики системы.

Биологическая форма энергии и спекуляции вокруг нее

К формам энергии, естественно, относятся формы энергии любого вида излучения, в том числе, и так называемаябиоэнергия. Ей в средствах массовой информации придают какое-то мистическое значение, хотя последнее можно отнести только к желанию неграмотных в физике журналистов придать своим статьям привлекательность и характер сенсации.

Дилетанты в области естественных наук авторитетно рассуждают о хорошей и плохой энергии, о положительной и отрицательной энергии, об энергетике души и об энергетике космоса. При этом они не утруждают себя тем, чтобы точно определить, что они понимают под словами “энергия” и “энергетика”. Автор тщетно пытается найти в многочисленных публикациях на тему “энергетики человека” четкое определение этого понятия, пока ему это не удается.

В БСЭ имеется определение биоэнергетики, но там недвусмысленно указывется на то, что “все исследования в области биоэнергетики основываются на единственно научной точке зрения, согласно которой к явлениям жизни полностью применимы законы физики и химии, а к превращениям энергии в организме — основные начала термодинамики”. Ничего похожего в публикациях об энергетике человека не имеется.

Говорить об энергии в том смысле, хорошая она или плохая, это значит присваивать энергии свойства, в природе отсутствующие. Энергия – это мера движения, говорить о хорошем или плохом движении бессмысленно. Короче говоря, журналисты и разные экстрасенсы играются с термином, который им непонятен. Такое положение оказалось возможным по разным причинам.

Во-первых, энергия связана с человеческой деятельностью, а в таком смысле это слово хорошо знакомо всем людям, и поэтому хорошо воспринимается в средствах массовой информации. Во-вторых, в других областях науки (не в физике) понятие “энергия” пытаются трактовать иначе, чем в физике. Различное понимание одного и того же термина – явление не такое уж и редкое. Потому-то и следует определять тот или иной термин, прежде чем им пользоваться.

В-третьих, жизнь живых существ действительно связана с энергией, особенно с энергий излучения, которое исходит от любых живых существ и в них же извне и входит. На людей влияют энергия магнитного поля Земли, Солнца и других небесных тел, энергия техногенного происхождения и т.д. Но это область биофизики, а не эзотерики. Последняя не дает определения понятию “энергия”, говоря вместо этого о каких-то неопределенных “силах природы”, “карме”, “ауре” и проч.

Воздействие внешнего излучения на человека зависит не только от энергии, но и от частоты излучения. А это еще важнее, так как восприятие излучения носит, как правило, резонансный характер. Энергия воспринимаемого человеком внешнего излучения обычно настолько мала, что она чаще всего пока не фиксируется современными измерительными средствами из-за их относительного высокого порога чувствительности. Но в любом случае энергия излучения остается характеристикой излучения именно в физическом смысле этого слова, а не в каком-нибудь ином.

Конечно, одни излучения влияют на самочувствие человека положительно, другие – отрицательно. Одно и то же излучение на разных людей может влиять по-разному. Для этого и существуют научные методы исследования, в том числе, и биоэнергетические, ничего общего с магией, колдовством и мистикой не имеющие. Никто не собирается отрицать мудрость древней восточной медицины, но ее достижениям следует давать естественно-научное объяснение, а не пользоваться словесной эквилибристикой.

Сколько может быть всего видов энергии?

Поскольку в уравнении динамики современная физика рассматривает лишь три слагаемых, то и рассматриваются только три вида энергии (потенциальная, кинетическая и диссипации). Но в уравнении динамики нет запрета на существование других видов энергии, определяемых порядком производной по времени k > 2. В частности, четвертый вид энергии (при k = 3) интересует исследователей процессов разгона и торможения двигателей в энергетике, на транспорте, в космонавтике, специалистов по теории удара. П.Пирнат (2005), например, включил в созданную им систему физических величин величины, связанные с четвертым видом энергии, хотя эта процедура и перегрузила систему П.Пирната редко применяемыми физическими величинами. Мы полагаем также, что и пятый вид энергии (при k = 4) может интересовать, например, специалистов по взрывным процессам.

Обратим внимание также на то, что виды энергии, определяемые четными значениями k, связаны с параметрами консервативных систем, а виды энергии, определяемые нечетными значениями k, связаны с параметрами неконсервативных систем.

Отметим также, что энергия диссипации связана не просто с энергетическим противодействием, а с качественным изменением энергии. К слову, применяемый иногда термин “диссипативные потери энергии” некорректен, ибо энергия теряться не может. Точнее было бы сказать о диссипативных потерях энергии упорядоченных форм движения. Вместо термина “энергия диссипации” (в переводе на русский язык – энергия рассеяния) в некоторых научных работах применяют термин “энергия деградации” (в переводе на русский язык – энергия вырождения). Но и это не точно, вырождается не энергия, а способность системы производить механическую работу.

К числу противодействий системы внешнему энергетическому воздействию следует добавить возможное противодействие физического поля, связанное с перемещением системы в этом поле или с ее возможным поворотом относительно силовых линий поля. Это противодействие является удельным изменением еще одного вида энергии, называемого в физике потенциальной энергией в физическом поле или сокращеннопотенциальной энергией положения.

Поскольку определяющее уравнение для расчета потенциальной энергии положения иное, чем для расчета потенциальной энергии, связанной с противодействием жесткости, то речь идет о двух разных видах энергии. Поэтому вид энергии, связанный с противодействием жесткости, будем называть потенциальной энергией деформации. Этот вид потенциальной энергии, в отличие от предыдущего, связан с внутренним силовым полем (полем упругих сил).

Кинетическая и потенциальная энергии принадлежат каждой форме энергии

Совершенно неверно приписывать кинетическую и потенциальную энергию только одной механической форме движения, как это сделано, например, в справочнике по физике Б.Яворского и А.Детлафа (1990). Все виды энергии должны трактоваться только в обобщенном смысле, ибо они относятся к любой форме движения и к любой форме энергии. Например, имеется кинетическая электрическая энергия, и это не то же самое, что кинетическая механическая энергия. Точно так же потенциальная электрическая энергия это не то же самое, что потенциальная механическая энергия. Не говоря уже о том, что существуют два разных вида потенциальной энергии и в механике, и в электромагнетизме.

Обычно вместо слов “кинетическая электрическая энергия” говорят просто об электрической энергии, даже не подразумевая слово “кинетическая”. Но слово “электрическая” определяет форму энергии, а не вид энергии, ведь может быть еще и потенциальная электрическая энергия, и электрическая энергия диссипации. Точно так же, когда произносят два слова “кинетическая энергия”, то имеют обычно в виду только кинетическую механическую энергию, а слово “механическая” при этом опускают. В плане сказанного выше это неконкретно.

В результате смешения понятий “формы энергии” и “виды энергии” возникают неверные физические аналогии. Сторонники теории физических аналогий иногда считают, что кинетическая механическая энергия может быть аналогична потенциальной электрической энергии, но такая аналогия некорректна. Формально такая аналогия может себя оправдывать на практике в отдельных случаях, но это не будет отражать физического содержания.

Виды энергии могут переходить друг в друга, при этом оставаясь принадлежащими одной и той же форме энергии. Переход разных видов энергии друг в друга является следствием перераспределения значений этих видов энергии внутри одной и той же формы движения. При этом не исключается перенос любого вида энергии данной формы движения в любой вид энергии другой формы движения.

В разных разделах современной физики иногда меняется математическая запись одного и того же вида энергии при переходе от одной формы энергии к другой, а иногда меняется и название. Но это лишь затрудняет понимание сути происходящего.

Итак, форма энергии определяется только формой движения. А в каждой форме движения имеются одни и те же виды энергии. Их значение определяются только конструктивными параметрами рассматриваемой формы движения, потому что именно эти параметры входят в определяющие уравнения для видов энергии.

http://physicalsystems.narod.ru/index03.1.09.html

Что следует назвать формами энергии и видами энергии?

Словарь русского языка так толкует эти два понятия: “Форма − устройство, тип, структура, характер которой обусловлен содержанием. Вид − понятие, обозначающее ряд предметов, явлений с одинаковыми признаками и входящее в более общее понятие рода”. Судя по этому, форма является более общим, а вид − менее общим понятием. Следовательно, вид должен входить в форму как ее составная часть. Применим этот вывод к понятию “энергия”.

В БСЭ в словарной статье “энергия” указывается: “В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии”. Это напрямую вытекает из закона сохранения энергии, приведенного на странице, посвященной уравнению состояния, в котором приращение энергии системы равно сумме приращений энергии во всех формах движения системы. В соответствии с различными формами движения материи, следует рассматривать и различные формы энергии: механическую, гидравлическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и т. д. (И.Коган, 2006, 2007, 2009).

Для выяснения того, что тогда можно понимать под видами энергии, повторим обобщенное уравнение состояния (И.Коган, 1998) в виде:

( 1 )

где dW – приращение полной энергии системы;
i – номер элементарной формы движения;
n – количество элементарных форм движения в системе;
k – порядок производной по времени;
m – наивысший порядок производной по времени;
q – обобщенная координата состояния системы.

Это уравнение включает в себя в виде выражения в скобках уравнение динамики, подробно рассмотренное на странице, посвященнойпереходным процессам. В уравнении динамики в современной физике речь идет о трех разных видах противодействий системы, соответствующих m = 3. При k = 0 речь идет о противодействии жесткости, при k = 1 − о диссипативном противодействии и при k= 2 − о противодействии инертности. Каждое из этих трех противодействий является функцией одной из трех составляющих энергии i-ой формы движения:потенциальной энергии, энергии диссипации и кинетической энергии. Вот эти три составляющие и следует называть видами энергии. Всё это проиллюстрировано схемой, все термины которой подробно разъяснены на странице, посвященной классификации понятий, связанных с энергией, в термодинамике.

http://physicalsystems.narod.ru/index03.1.09.html