Biofyzika

1.2 Energie

Energií charakterizujeme schopnost hmoty konat práci. Celková energie E částice (nebo systému částic) nacházející se v silovém poli je dána součtem klidové energie E, kinetické energie Ek a potenciální energie Ep, tedy



kde E je energie svázaná s klidovou hmotností m známým Einsteinovým vztahem



kde c je rychlost šíření světla ve vakuu. Je to nejvyšší rychlost, kterou se může šířit energie. Její velikost je 3.108 ms-1. Rychlost světla v látkovém prostředí je vždy menší než rychlost světla ve vakuu a je dána poměrem c/n, kde n je index lomu příslušného prostředí.

Kinetická energie Ek je definována známým vztahem


kde p = mv je hybnost, a může nabývat nulových (při v = 0) nebo kladných hodnot.

Hodnota potenciální energie Ep částice nebo tělesa závisí na tom, kde je zvolena její nulová hladina. V mechanice hmotného bodu jste se setkali s výrazem Ep = mgh pro mechanickou potenciální energii a její hodnota byla kladná či záporná podle toho, kde byla definována její nulová hladina (např. povrch Země). Pro  centrální pole sil newtonovského typu, tj. takových, jejichž velikost závisí na kvadrátu vzdálenosti (např. Newtonův gravitační zákon nebo Coulombův zákon pro silovou interakci elektrických nábojů) se ukazuje výhodnější definovat nulovou hladinu potenciální energie „v nekonečnu“, tj. v takové vzdálenosti, kde síla vzájemné interakce klesá na nulovou hodnotu. Při takto definované nulové hladině potenciální energie (v nekonečnu) je její hodnota v konečné vzdálenosti záporná. Je rovna práci, kterou musíme vynaložit, abychom vzájemně se přitahující částice (nebo tělesa, elektrické náboje) vzdálili tak, aby jejich vzájemné silové působení bylo nulové (nebo zanedbatelné).

Jednotkou energie je v soustavě jednotek SI joule (J), který se definuje jako práce, kterou vykoná síla 1 N působící po trajektorii 1 m. V atomové fyzice a fyzice záření se energie většinou vyjadřuje v jednotkách elektronvolt (eV). Jeden eV je energie, kterou získá elektron urychlený potenciálním rozdílem jednoho voltu. Jelikož 1 J = 1 C∙1 V a náboj 1 C je roven celkovému náboji přibližně 6∙1018 elektronů, je převodní vztah 1 eV = 1,602∙10-19 J, tedy stejný jako převodní vztah mezi nábojem jednoho elektronu a coulombem.
V živé i neživé přírodě platí při všech interakcích zákon zachování energie, který říká, že energie může přecházet z jedné formy do druhé, nicméně v uzavřené soustavě její celkové množství zůstává stejné.
Předchozí
Následující
Operace
Prohlédnout vše