ऊर्जा कार्य आणि शक्ती (ENERGY, WORK, POWER)

6.ऊर्जा कार्य आणि शक्ती (ENERGY, WORK, POWER)

प्रत्येक गोष्टीचे कार्य चालण्यासाठी ऊर्जा लागते. जसे पंखा चालण्यासाठी विद्युतधारा लागते, गाडी चालण्यासाठी इंधन आपल्याला कार्य करण्यासाठी ऊर्जेची आवश्यकता असते.

उदा.
एखाद्या पदार्थात असलेली कार्य करण्याची क्षमता म्हणजेच ‘ऊर्जा’ होय’

• SI पद्धतीत ऊर्जेचे एकक ज्यूल (Joule) आहे.
• CGS पद्धतीत ऊर्जेचे एकक अर्ग (Erg) आहे.

1ज्यूल = 1 ×10^7 अर्ग

ऊर्जेचे प्रकार

आपल्या सभोवताली ऊर्जेचे विविध प्रकार दिसून येतात. जसे, सौर ऊर्जा, प्रकाश ऊर्जा, विद्युत ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा आणि पत्रिक ऊर्जा. या प्रकरणात यांत्रिक ऊर्जेचे प्रकार पाहणार आहोत.

• यांत्रिक ऊर्जेचे प्रमुख दोन प्रकार पडतात.

1) गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy)

2) स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy)

1)गतिज ऊर्जा (kinetic Energy)

पदार्थांच्या गतिमान अवस्थेमुळे पदार्थास प्राप्त झालेल्या ऊर्जेस गतिज ऊर्जा म्हणतात.

उदी :

• 1) खूप वेगवान क्रिकेटचा चेंडू स्टंप वर आढळल्यास ती स्टंप जागेवरून उसळतात.
• 2) वेगाने जाणाऱ्या बंदुकीच्या गोळी गतिज ऊर्जा असतो.

गतिज ऊर्जेचे सूत्र =½mv²

M = वस्तूचे वस्तुमान

V= वस्तूचा वेग

म्हणजे जर वेग दुप्पट झाला तर गतिज ऊर्जा चौपट होते.’

2) स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy)

‘पदार्थाच्या विशिष्ट स्थितीमुळे किंवा आकारमुळे किंवा संरूपणामुळे त्यात जी ऊर्जा समावलेली असते. तिला स्थितीज ऊर्जा म्हणतात.

उदा :

• 1) दाबलेल्या स्प्रिंग मधील ऊर्जा
• 2) धनुष्यबाण ताणला असता त्यात जमा झालेली ऊर्जा

स्थितीज ऊर्जेचे सूत्र = mgh

m=पदार्थाचे वस्तुमान
g= गुरुत्व त्वरण
h = पदार्थाची जमिनीपासून उंची
म्हणजे असे म्हणता येईल की ध्रुवावर स्थितीज ऊर्जा जास्त असते व विषुववृत्तावर कमी असते.

ऊर्जा अक्षय्यतेचा नियम (law of conservation of Energy)

नियम : ऊर्जा ही निर्माण करता येत नाही व ती नष्टही करता येत नाही. परंतु तिचे एका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारात रूपांतर करता येते. तथापि विश्वातील एकूण ऊर्जा सदैव अक्षय्य राहते.

उदा : फटाक्यातील स्फोटकाच्या मिश्रणात रासायनिक ऊर्जा असते. फटाक्याचा स्फोट होतो तेव्हा ही रासायनिक ऊर्जा गतिज ऊर्जा, उष्णता, प्रकाश व ध्वनी इत्यादी विविध प्रकाराच्या ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते. परंतु एकूण ऊर्जा कायम राहते.

काही ऊर्जेचे रूपे खालीलप्रमाणे

1) उष्णता : लाकूड, बायोगॅस, घरगुती गॅस (LPG गॅस) यांच्या साहाय्याने उष्णता मिळवून अन्न शिजवू शकतो.

2) विद्युत ऊर्जा : विद्युत धारा म्हणजे इलेक्ट्रॉन्सचे वहन. ही ऊर्जा आपण जनित्रापासून, विद्युत घटापासून किंवा विजेरी संचापासून मिळवू शकतो.

3) सौर ऊर्जा : सूर्यापासून आपल्याला उष्णता, प्रकाश व इतर प्रारणे मिळतात. सौर ऊर्जेचे रूपांतर विद्युत ऊर्जेत करु शकतो.

वनस्पती ही ऊर्जा वापरून आपले अन्न बनवितात यालाच प्रकाश संश्लेषण म्हणतात.

4) रासायनिक ऊर्जा : काही रासायनिक अभिक्रियेमुळे ऊर्जा मिळू शकते. आपण जे अन्न खातो त्याचे रासायनिक अभिक्रिया मुळे ऊर्जेत रूपांतर होते.

5)अणु ऊर्जा : जड केंद्रकांचे विखंडन किंवा दोन लहान केंद्रकांचे एकत्रिकरण या क्रियांमुळे प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा निर्माण होते.

या ऊर्जेला अणु ऊर्जा म्हणतात. ह्या ऊर्जेचे रूपांतर विद्युत ऊर्जेत करता येते.

• सूर्यापासून पृथ्वीला दरवर्षी सुमारे 7×107 किलोवॅट एवढी प्रचंड ऊर्जा मिळते. पंरतु जेवढी ऊर्जा वर्षभरात आपल्याला लागते, तेवढी तर सूर्य 40 मिनिटातच देतो.

1 किलोग्रॅम लाकडापासून सुमारे 1700 किलो ज्यूल एवढी ऊर्जा मिळते.

पृथ्वीच्या पोटात जवळ-जवळ 25000 मीटर इतक्या खोल खनिज तेल सापडते.

• युरेनिअमच्या अणुवर न्यूट्रॉन्सचा मारा केल्यावर अणुऊर्जा मिळते.

प्रकल्प :

• 1) महाराष्ट्रात तारापूर
• 2) सुरत जिल्ह्यात काकरापार

कार्य (Work)

कार्य म्हणजे बल व विस्थापन यांचा गुणाकार होय.

w =fxs

• f= बल
• s = विस्थापन

कार्य ही अदिश राशी आहे.

कार्याचे SI पद्धतीत एकक ज्यूल आहे. ज्यूल म्हणजेच Nm.

CGS पद्धतीत अर्ग हे एकक आहे.

कार्य हे धन, ऋण व शून्य असू शकते.

ज्यावेळी बलाची व विस्थापनाची दिशा एकच असते तेव्हा त्या बलाने केलेले कार्य धन असते.

उदा.: बस बंद पडल्यावर ती ढकलणे.

2) ज्यावेळी बलाची व विस्थापनाची दिशा एकमेकांच्या विरुध्द असते. त्या बलाने केलेले कार्य ऋण असते.

उदा.: क्रिकेट मध्ये खेळाडू एखादा चेंडू अडवतो.

3) ज्या वेळी बल लावले असता विस्थापन घडत नाही किंवा बल व विस्थापन एकमेकांना लंबरूप असतात. तेव्हा बलाने केलेले कार्य शून्य असते.

उदा.: दोरीच्या टोकाला दगड बांधला असता दोरी गोल गोल फिरवली तर दोरीने दगडावर केलेले कार्य शून्य आहे.

कारण दगडाचे विस्थापन हे स्पर्शीकेच्या दिशेने होते.

उदा. सरल दोलक

पृथ्वी सूर्याभोवती फिरणे.

शक्ती Power

कार्य करण्याचा दर म्हणजेच “शक्ती” होय.

. म्हणजेच कमीत कमी वेळेत जास्तीत जास्त कार्य करणारा जास्त शक्तीवान असतो.

P = कार्य/काल = w/t

शक्तीचे एकक

SI पद्धतीत शक्तीचे एकक वॅट आहे. (थोर शास्त्रज्ञ जेम्स वॅट 1736-1819 यांच्या आदरार्थ हे देण्यात आले )

1 वॅट = 1 ज्यूल/1 सेकंद

• 1 किलोवॅट = 1000 वॅट

• औद्योगिक क्षेत्रामध्ये शक्ती मोजण्यासाठी अश्वशक्ती या एककाचा वापर करतात.

1 अश्वशक्ती = 746 वॅट

व्यवहारिक उपयोगासाठी शक्तीचे एकक किलोवॅट तास आहे.

1 kwhr = 3.6 x 106 ज्यूल

यालाच एक युनिट म्हणतात.