Плотность энергии

ПЛОТНОСТЬ    ЭНЕРГИИ
    Энергия  рассматривается в физике как общая  мера различных форм движения материи. Известны различные виды энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, кинетическая, потенциальная и др. (1, стр.622). Закон сохранения и превращения энергии известен  давно и на этом создано множество технических решений и устройств. Наблюдаемое космическое пространство подтверждает выполнение этого закона. Чередование годовых погодных сезонов подтверждает сохранение и превращение энергии на планете Земля. Отсюда можно сделать вывод о стабильности распределения энергии в пространстве, может быть, с какими – то условностями определения этого пространства. Если эту стабильность энергии можно  будет выразить математическими формулами, то это откроет другие закономерности в природе.

    Физическая теория относительности формулирует зависимость энергии частицы от массы покоя частицы. Формула Эйнштейна для энергии записывается как  E =  m c^ 2 , где  m - масса покоя частицы,  c - скорость света в вакууме (^ - знак показателя степени), стабильной в любой точке космического пространства. Формула Эйнштейна для оценки энергии в макро-мире произвольной массы представляется несколько идеализированной. Электромагнитная энергия плодотворно используется человеком с самого начала её открытия физикой. Технический прогресс построен именно на использовании этой энергии. Энергия электромагнитного поля  содержится  в малом объёме частицы, характеризуется объёмной плотностью  w  = dE / dv  , где dv - малый однородный объём (1, стр.622). Эту логику можно использовать для определения плотности энергии отдельного тела, совокупности объектов и систем.

     Человек постоянно живёт в окружении энергии (солнечное освещение, ветер, река  и пр.), и сам является энергоносителем, энергия человека вырабатывается за счёт обмена веществ с окружающей средой. В процессе жизни человек встречается с ярким проявлением энергии в природе, например, во время грозы, когда гремит гром и сверкают молнии. Извержение вулкана, землетрясение это проявление накопленной внутри планеты энергии. Солнечная энергия создаёт живую природу на планете, в результате чего и появился человек.

   Сельскохозяйственное производство является восстановлением энергетического  баланса для жизни человека и общества путём выращивания зелёных культур для самого человека и для домашних животных. Обмен веществ  в любом живом организме это энергетический процесс. То, что потребности, в конечном счёте, балансируются с потреблением, свидетельствует о балансировании энергетических потоков. Растущее в лесу дерево также требует притока энергии Солнца, влаги из земли с растворёнными химическими элементами. И пока этот приток есть, дерево растёт. Для любой травинки, любого дерева можно подсчитать объём пространства, которое требуется для ежегодного роста, а значит можно подсчитать и массу грунта, воды и воздуха, необходимых  для и продуктивного роста растительности. Таким образом, для всей живой природы, для человека можно найти количество питательных  веществ  для продолжения жизни. Можно найти объём пространства, необходимого для гармоничного существования объектов живой природы. Это пространство должно включать и объекты неживой природы: толщина грунта, площадь поверхности, водные источники, объём воздуха.

     Возможно, читатель удивиться сделанному выше перечислению примеров необходимости энергии для живой природы, но это сделано специально, чтобы показать движение энергии везде и всегда. Живая природа является наиболее динамичным потребителем энергии самых разных видов. Если мы знаем, сколько энергии потребляет некоторый объект,  какой необходим объём окружающего пространства для существования этого объекта, то можно найти плотность энергии в этом объёме. Необходимо отметить, что это вычисление мы выполняем не ради  получения количественной величины, а для выявления закономерности о стабильности количества энергии в любом объёме пространства, в котором непрерывно происходят какие – то процессы. Это и образование гор при извержении вулканов, и образование болот, водоёмов между возвышенностями, существование растительности и животного мира. Процесс существования объектов в космическом пространстве, зарождение и существование живой природы на планете, всё это результат движения энергии, наполнение ею пространства и длительное сохранение этой наполненности.

     Попытаемся ввести понятие плотности энергии для любых объектов природы, существующих длительный период в неживой природы и ограниченный срок жизни в живой природе. Для этих объектов можно определить массу и объём, которые они имеют в процессе своего существования. Если энергию такого объекта обозначим как E, занимаемый объём обозначим как V , то плотность энергии определиться   w = E / V. Разумеется, энергия E должна включать все виды энергии, необходимые для существования объекта. Наверное, для реального объекта, для гектара поля, на котором растут сельскохозяйственные культуры, точно найти будет трудно. Но важно, что энергия поля будет ежегодно обеспечивать урожай, если выполнять требования агрономической науки. Если поле забросить, то оно всё равно не будет пустым, зарастёт тем, на что хватит энергии без вмешательства человека. В любом случае плотность энергии на этом поле будет сохраняться  на уровне, типичном для подобных объектов в данной местности.

   Важно подчеркнуть, что для любого реально существующего объекта на планете   Земля можно найти плотность энергии, которая обеспечивает практическую ценность объекта для живой природы и человека. Возможность нахождения суммы разных видов энергии в определённом объёме не должно вызывать особенных трудностей, т.к. физика располагает достаточными данными об энергоёмкости материальных  тел. Энергия разных видов может быть рассчитана в одинаковых единицах измерения, в джоулях.

    Человек своим вмешательством в естественное состоянием окружающей среды нарушает это равновесие в свою пользу, последствия этого нарушения быстро сказываются. Климатические катаклизмы в текущем 2021 году тому пример. Наука метеорология, конечно, объяснит климатические аномалии этого года. Думаю, показатель плотности энергии этой науке стоит взять в свой научный актив. Но нам бы хотелось подчеркнуть более важный вывод из проделанного анализа. Стабильность плотности энергии является общей закономерностью как на планете Земля, так и на всём видимом космическом пространстве.

  Для живой природы плотность энергии обеспечивает увеличение массы растущего объекта. Стабильность плотности энергии является необходимым условием длительного существования живой природы. Для неживой природы стабильность плотности энергии обеспечивает длительное сохранение объекта. Если вернуться к трактовке энергии по формуле Эйнштейна  E =  m c^ 2, то плотность энергии вычисляется  w = m c^2/ v, или  =  p c^2, где отношение p = m/v будет отражать плотность массы тела. Это выражение плотности энергии в большей степени отражает движение космических тел двигающихся со световой скоростью. При этом космическое тело может распылять свою массу в процессе движения. Возникает вопрос о направлении движения космического тела в сторону увеличения  или уменьшения плотности энергии. Думаю, современная физика  решит эту задачу с учётом введённого понятия стабильности плотности энергии. Для объекта живой природы, как правило, с ростом тела, объёма плотность его возрастает, что свидетельствует о стабильности поглощаемой энергии.

    У автора данной статьи в «Проза.ру» есть статьи «Природа времени»,  в которой рассматривается время существования любого объекта как функции энергии, длительности поглощения – излучения энергии объектом. Применительно к объектам живой природы этот вопрос рассматривается в статье «Время жизни». Введение понятия  плотность энергии не изменяет причинности времени как объективной реальности.

1)  Политехнический словарь. Гл. ред. акад. А.Ю. Ишлинский.-П.50 2-ое изд.-             . М. Советская энциклопедия,1980.- 656с.
Шулепов В.Г., сентябрь, 2021г.
г. Калининград