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과학

에너지

에너지과학
영문명
Energy
국제단위계 단위
줄(J)
대표 형태
운동 에너지, 위치 에너지, 내부 에너지
전달 방식
일, 열, 복사 등
에너지는 물리계의 상태와 변화를 기술하는 물리량이다. 운동과 위치, 내부 상태 등 여러 형태로 나타나며, 계 사이에서 일이나 열 등의 방식으로 전달된다.

형태가 바뀌는 과정

충전한 배터리로 작은 선풍기를 돌리면 화학적 과정에 따른 에너지가 전기적 전달을 거쳐 회전 운동과 내부 에너지 등으로 바뀐다. 한 형태의 에너지가 줄었다는 사실만으로 전체 에너지가 사라졌다고 말할 수는 없다.

기계의 효율은 원하는 형태로 얻는 에너지와 공급한 에너지의 비율로 설명할 수 있다. 남은 에너지는 주변의 온도를 높이거나 소리 등으로 전달될 수 있다.

운동과 위치

고전역학에서 질량 m인 물체가 속력 v로 움직일 때 운동 에너지는 mv²/2이다. 속력이 두 배가 되면 이 식으로 계산한 운동 에너지는 네 배가 된다. 빛에 가까운 속도에서는 상대론적 설명이 필요하다.

위치 에너지는 물체와 상호작용하는 계의 배치와 관련된다. 지구 근처에서 물체를 들어 올리거나 용수철을 압축하는 과정에서 그 값이 달라진다. 기준을 어디에 두는지에 따라 수치가 달라도 에너지의 차이는 같은 물리적 변화를 설명한다.

열과 온도

온도는 에너지 자체의 양과 같은 개념이 아니다. 서로 다른 온도의 계 사이에서 온도 차이 때문에 전달되는 에너지를 열이라고 한다. 물체가 가진 미시적 운동과 상호작용 등에 따른 에너지는 내부 에너지로 다룬다.

에너지와 전력

에너지는 전달되거나 변환된 양을 나타내고, 전력은 그 과정의 시간당 비율을 나타낸다. 같은 에너지를 더 짧은 시간에 전달하면 평균 전력이 커진다. 줄과 와트는 따라서 서로 바꾸어 쓸 수 있는 같은 단위가 아니다.

관련 문서

열역학 / 운동량 / 전기 / 소리