אנרגיה כיתה ט

1. עבודה

עבודה היא מכפלת כוח בהעתק ובקוסינוס זווית בינהם.

נוסחה לחישוב עבודה היא

כאשר

קוסינוז של 0 מעלות שווה 1

קוסינוס של 90 מעלות שווה ל-0

קוסינוס של 180 מעלות שווה ל-(1-)

לכן, אם כוח פועל בכיוון תנועת הגוף, עז עבודתו חיובית

אם כוח פועל במאונך לכיוון תנועת הגוף, עבודתו שווה לאפס

אם כוח פועל בכיוון מנוגד לתנועת הגוף, עבודתו שלילית

דוגמה:

סוס גורר עגלה. עבודה של כוח שמפעיל סוס היא חיובית, עבודה של כוח חיכוך היא שלילית ועבודה של כוח נורמל (תמיד מאונך למשטח) שווה לאפס

יחידת מדידה של עבודה היא ג'אול. ג'אול אחד שווה לעבודה שמבצע כוח של 1 ניוטון בהעברת גוף למרחק של 1 מטר בכיוון הפעלת הכוח

[J]=[N]*[m]

 הדמייה לחישוב עבודה

2. אנרגיה

אנרגיה זאת יכולת תבצע עבודה

במילים אחרות , גוף שיש לו אנרגיה צריך להיות מסוגל להפעיל כוח ובאזרת כוח הזה, להזיז גוף אחר או לשנות את צורתו.

מבדילים בין מספר סוגי אנרגיה שונים, כגון:

1. אנרגיית גובה (אנרגיה פוטנציאלית כובדית)
2. אנרגיית תנועה (אנרגיה קינטית)
3. אנרגיית חום (אנרגיה תרמית)
4. אנרגיה חשמלית
5. אנרגיית קרינה
6. אנרגיה גרעינית
7. אנרגיה כימית
8. אנרגיית קול 

ועוד

יחידת מדידה של אנרגיה היא ג'אול (כמו עבודה)

2.1. אנרגיית גובה

לכל גוף שמורם לגובה מסויים ביחס למישור כלשהו (שנקרא "מישור יחוס") יש אנרגיית גובה.

מקור של אנרגיית גובה - כוח משיכה של כדוה"א (או כל גוף שמימי אחר)

נוסחה לחישוב אנרגיית גובה היא 

Ep=mgh

כאשר

גודל של אנרגיית גובה תלוי בבחירת מישור יחוס. 

דוגמה : ספר מונח על שולחן. אנרגיית גובה ביחס לשולחן שווה לאפס, ביחס לרצפה חיובית וביחס לתקרה שלילית.

משמעות של אנרגיה חיובית:גוף משוחרר בעצמו מגיע לנקודה (רצפה)

משמעות של אנרגיה שלילית: דרושה עבודה, כדי להביא גוף לנקודה (תקרה)

ככל שמסת הגוף גדולה יותר, כך גם אנרגיית גובה שלו גדולה יותר

ככל שגוף נמצא בגובה רב יותר, כך גם אנרגיית גובה שלו גדולה יותר

אם שני גופים זהים נמצאים באותו גובה, אחד על הירח ושני על כדור הארץ, לגוף שבירח יש אנרגיית גובה קטנה יותר

לשני גופים שונים יכולה להיות אנרגיית גובה זהה, אם הם נמצאים בגבהים שונים.

2.2. אנרגיית תנועה

אנרגיית תנועה או אנרגיה קינטית

לכל גוף שנע יש אנרגיה קינטית

ככל שמסת הגוף גדולה יותר או מהירותו גדולה יותר, כך גם אנרגיה קינטית גדולה יותר

נוסחה לחישוב אנרגיה קינטית:

אם מסת הגוף גדלה פי 3, אנרגיה קינטית גדלה פי 3

אם מהירות הגוף גדלה פי 3, אנרגיה קינטית גדלה פי 9

2.3. שימור אנרגיה מכנית

חוק שימור אנרגיה: אנרגיה לא נעלמת , לאנוצרת מאלייה (מעצמה), אלא הופכת מסוג אחד לסוג אחר.

במכניקה, אם אין כוח חיכוך והתנגדות של אוויר (מצב אידיאלי), אנרגיה פוטנציאלית כובדית הופכת לקינטית ובחזרה.

כדור קופץ

2.4. אנרגיית חום

אנרגיית חום (אנרגיה תרמית)

1. אנרגיה פנימית של גוף היא סכום של אנרגייה פוטנציאלית של המולקולות שמושכות זאת את זאת ואנרגיית תנועה שלהן

2. טמפרטורה - מידת האנרגיה הקינטית של המולקולות

3. דרכים לשינוי אנרגיה פנימית:

1. העברת חום

2. ביצוע עבודה

4. העברת חום מתבצעת בדרכים הבאות:

1. הלכת חום

2. הסעת חום

3. קרינה

5. כמות החום שגוף מקבל תלויה ב

1. סוג החומר שממנו עשוי הגוף

2. מסתו של הגוף

3. בכמה מעלות עולה הטמפרטורה של הגוף

6. כמות החום שגוף מקבל נחשבת חיובית וכמות החום שגוף פולט נחשבת שלילית

   נוסחה לחישוב כמות החום שגוף מקבל או פולט היא:

   

   

   חום סגולי הוא כמות החום שדרושה לחימום של 1 קילוגרם של חומר במעלה אחת

   חום סגולי תלוי בסוג החומר ומסתו

   קיבול חום היא מכפלת חום סגולי במסה של גוף

   לשינוי מצב צבירה ממוצק לנוזל ומנוזל לגז דרושה אנרגיה (טמפרטורה של חומר לא משתנה בשינוי מצב צבירה)

   בשינוי מצב צבירה מגז לנוזל ומנוזל למוצק, נפלטת אנרגית חום (טמפרטורה של חומר לא משתנה בשינוי מצב צבירה)

   דוגמה:

   מחמים מים עד לטמפרטורת רתיחה של 100 מעלות צלסיוס. ממשיכים לחמם את המיים, אך הטמפרטורה לא עולה. לאן נעלמת אנרגיית חום שמסופקת למיים? היא לא נעלמת, אלא גורמת לשינוי מצב צבירה של המיים מנוזל לגז.

3. זרם חשמלי

אטום מורכב מגרעין חיובי, שיש בו פרוטונים ונויטרונים ואלקטרונים שליליים שנעים סביב הגרעין.
כל אטום הוא ניטרלי  (כמות הפרוטונים שווה לכמות האלקטרונים)

כאשר אטום מאבד אלקטרון הוא הופך ליון חיובי, כאשר אטום מקבל אלקטרון נוסף, הוא הופך ליון שלילי.

מטען חשמלי נוצר מקיום האלקטרונים "מיותרים" או "חסרים" באטומים של החומר.
מטען חשמלי נמדד ביחידות "קולון" (C).  
זרם חשמלי זאת תנועה מכוונת של מטענים חשמליים.
לפי יכולתם להוליך זרם חשמלי, חומרים מתחלקים לשתי קבוצות עיקריות - מוליכים ומבודדים.
במוליכים קיימים מטענים חופשיים שיכולים לנוע בהשפעת כוח חשמלי
במבודדים אין מטענים חופשיים.
מאפיין מרכזי של זרם חשמלי - עוצמת זרם חשמלי. מסומנת באות I. נמדדת ביחידות "אמפר" (A)
נוסחה לחישוב זרם חשמלי I=Q/t כאשר:

בתייל (חוט ) זורם זרם של 1 אמפר, כאשר בכל שניה דרך שטח חתך שלו עובר מטען של קולון אחד.
במתכות מטענים חופשיים הם אלקטרונים שנעים מההדק שלילי של סוללה להדקה החיובי.
כיוונו של זרם חשמלי (מסיבות היסטוריות) נבחר ככיוון מהדק החיובי להדק השלילי, לכן במתכת, כיוון הזרם מנוגד לכיוון תנועת האלקטרונים בפועל.
3 תנאים הכרחיים לקיום זרם חשמלי:
מטענים חופשיים (מוליך)
מתח חשמלי (הפרש פוטנציאלים בקצוות המוליך) שנוצר ע"י מקור מתח (סוללה)
מעגל סגור
התנגדות חשמלית זאת תכונה של מוליך להתנגד להעברת זרם דרכו.
סיבה להיווצרות התנגדות - אינטראקציה בין האלקטרונים חופשיים שנעים בצורה מכוונת ואטומים שנמצאים במקומם ויכולים רק להתנדנד.
התנגדות חשמלית מסמנים באות R. יחידת מדידה של התנגדות חשמלית היא "אום" ()  - אות יווית "אומגה"
התנגדות של תייל תלויה במספר מאפיינים:
אורך התייל. ככל שהתייל ארוך יותר, כך התנגדותו גדולה יותר.
חומר ממנו עשוי תייל.
שטח חתך של תייל. ככל שתייל עבה יותר, כך גם התנגדותו קטנה יותר.
רכיב שיש לי התנגדות ידועה, נקרה נגד.
זרם, מתח והתנגדות מקושרים בעזרת חוק אום.

I=V/R

28. ככל שמתח גדול יותר, כך גם זרם גדול יותר

ככל שהתנגדות גדולה יותר, כך גם זרם קטן יותר.
הדמיית חוק אום
קיימית שני סוגים של היבורים :
חיבור בטור
חיבור במקביל
בחיבור בטור מתח כולל שווה לסכום המתחים וזרם נשאר קבוע
 
בחיבור במקביל, זרם שווה לסכום הזרמים ומתח נשאר קבוע.
 
התנגדות של מספר נגדים שמחוברים בטור ניתן לחשב לפי נוסחה
 

התנגדות של מספר נגדים שמחוברים במקביל ניתן לחשב לפי נוסחה
 
 
בניית מעגל חשמלי ומדידת זרם ומתח

3.1. אנרגיה חשמלית