طاقة

الوصف

الطاقة كمية قياسية تمثل قدرة نظام فيزيائي على إنجاز شغل أو إحداث تغيير. توجد في أشكال عديدة — حركية، كامنة، حرارية، كهرومغناطيسية، كيميائية، نووية — ويمكن تحويلها من شكل إلى آخر، لكن لا تُخلق ولا تُفنى. في فيزياء الجسيمات، تُعبَّر عن الطاقات عادةً بالإلكترون فولت (eV)، حيث 1 إلكترون فولت هو الطاقة التي يكتسبها إلكترون عند تسارعه عبر فرق جهد مقداره فولت واحد.

التاريخ

تمت صياغة المفهوم الحديث للطاقة في القرن التاسع عشر، مع قانون حفظ الطاقة الذي وضعه هيرمان فون هيلمهولتز عام 1847، بناءً على أعمال سابقة لجول وماير وآخرين.

كيف يعمل

الطاقة محفوظة في الأنظمة المعزولة، أي أن الطاقة الكلية قبل أي عملية وبعدها تبقى ثابتة. في الميكانيكا، تعتمد الطاقة الحركية على الكتلة ومربع السرعة؛ بينما تعتمد الطاقة الكامنة على الموضع في مجال قوة. في النسبية، تتكافأ الكتلة والطاقة عبر المعادلة E=mc²، لذا حتى الجسم الساكن له طاقة سكون. في ميكانيكا الكم، تأتي الطاقة في كمات منفصلة للأنظمة المقيدة، مثل المدارات الإلكترونية في الذرات.

في التطبيق

الطاقة هي الكمية المحورية في جميع مجالات الفيزياء والهندسة — من توليد الطاقة والدفع إلى مسرعات الجسيمات والمفاعلات النووية، حيث تُحسب بدقة عمليات إطلاق الطاقة ونقلها.

حقيقة طريفة

غرام واحد من المادة، إذا تحول بالكامل إلى طاقة، سيطلق حوالي 90 تيراجول — أي ما يعادل طاقة قنبلة نووية صغيرة تقريبًا.

Concept graph →

صيغ

$$E_n = \hbar\omega (n + \tfrac{1}{2})$$

Energy levels of a quantum harmonic oscillator.

ما في الصيغة

E_n	متغير	Energy of the nth level — طاقة joule
n	متغير	Quantum number (non-negative integer) — عدد كمي
\hbar	ثابت	Reduced Planck constant — ثابت بلانك المخفض = 1.054571817e-34 joule second
\omega	ثابت	Angular frequency of the oscillator — تردد زاوي radian per second

$$T \approx \exp\left(-2\int_{z_1}^{z_2} \sqrt{\frac{2m}{\hbar^2}(V(z)-E)}\, dz\right)$$

Approximate quantum tunneling probability through a barrier.

ما في الصيغة

T	متغير	tunneling probability — transmission probability
z1	متغير	left turning point of the barrier — موضع metre
z2	متغير	right turning point of the barrier — موضع metre
m	متغير	mass of the tunneling particle — كتلة kilogram
V	متغير	potential energy as a function of position — الطاقة الكامنة (Potential Energy) joule
E	متغير	energy of the particle — طاقة joule
ħ	ثابت	fundamental quantum of action divided by 2π — ثابت بلانك المخفض = 1.054571817e-34 joule second
∫	مؤثر	sums the integrand over the interval — التكامل
√	مؤثر	takes the non-negative root — جذر تربيعي
exp	مؤثر	raises e to the given power — exponential

$$E \propto t^2$$

Energy increases proportionally to time squared.

ما في الصيغة

E	متغير	energy — طاقة joule
t	متغير	time — زمن second

$$E = h f$$

Photon energy equals Planck constant times frequency.

ما في الصيغة

E	متغير	Energy of a photon — طاقة joule
f	متغير	Frequency of the electromagnetic wave — تردد hertz
h	ثابت	Fundamental constant relating energy to frequency in quantum mechanics — ثابت بلانك = 6.62607015e-34 joule second

$$Q = \frac{E_{\text{fusion}}}{E_{\text{loss}}}$$

Ratio of fusion energy produced to energy input.

ما في الصيغة

E_fusion	متغير	energy produced by fusion reactions — طاقة joule
E_loss	متغير	energy lost from the system — طاقة joule

$$\langle h\nu \rangle = c \cdot k_B T$$

The average energy of photons in blackbody radiation is proportional to temperature.

ما في الصيغة

⟨hν⟩	متغير	Average photon energy — طاقة joule
T	متغير	Temperature of the blackbody — درجة الحرارة kelvin
c	ثابت	A numerical factor that depends on the frequency integration limits and the specific definition of 'average' (e.g., over the full spectrum). — proportionality constant = 2.701
k_B	ثابت	Fundamental constant converting temperature to energy scale — ثابت بولتزمان = 1.380649e-23 joule per kelvin
⟨ ⟩	مؤثر	Statistical average over the photon distribution — متوسط المجموعة

الوصف

التاريخ

كيف يعمل

في التطبيق

حقيقة طريفة

صيغ

مقالات ذات صلة · 0