Artikel oor die Wet van Energiebehoud
Vorme van energie
In ons daaglikse lewens is daar baie vorme van energie. In die onderwerp van arbeid en energie is ons bekendgestel aan twee vorme van meganiese energie: potensiële energie en kinetiese energie . Potensiële energie bestaan uit verskeie tipes, insluitend gravitasionele energie, elastiese energie en elektriese energie . Kinetiese energie bestaan uit twee tipes: translasionele kinetiese energie en rotasionele kinetiese energie.
'n Heerlike, ryp mango het gravitasie-potensiële energie terwyl dit aan sy stam hang. Dieselfde gebeur wanneer jy op 'n sekere hoogte bo die grond is, byvoorbeeld op 'n dak. 'n Voorwerp besit gravitasie-potensiële energie as gevolg van sy posisie relatief tot die Aarde.
Die gestrekte rekkie van 'n slingervel besit elastiese potensiële energie. Die slingervel kan 'n klip lanseer as gevolg van die elastiese potensiële energie wat in die gestrekte rubber voorkom. Net so kan 'n boog wat deur 'n boogskutter gespan word, 'n pyl aandryf as gevolg van die elastiese potensiële energie wat in die gestrekte boog voorkom.
Benewens die potensiële en kinetiese energie wat groot materie besit en wat ons dikwels in die alledaagse lewe sien, is daar ook ander vorme van energie. Daar is elektriese energie, kernenergie, chemiese energie, ens. Na die ontstaan van die kinetiese teorie is gesê dat energie in ander vorme (elektriese energie, chemiese energie, ens.) kinetiese energie of potensiële energie op atoom- of molekulêre vlak is. Die chemiese energie wat in voedsel en brandstof gestoor word, word beskou as potensiële energie wat in molekules gestoor word, as gevolg van die elektriese kragte tussen die atome wat die molekules uitmaak (ook bekend as chemiese bindings). Elektriese energie, magnetiese energie, kernenergie kan ook as kinetiese energie of potensiële energie op atoomskaal beskou word.
Veranderinge in energievorm
Dit is belangrik om daarop te let dat energie van een vorm na 'n ander kan verander. Op die makroskopiese vlak kan ons tallose voorbeelde van energietransformasies vind. 'n Mango wat aan sy stam hang, besit gravitasionele potensiële energie. Soos die mango op die grond val, neem sy potensiële energie af langs sy pad na die grond. Soos dit begin val, neem die potensiële energie af omdat die vertikale afstand van die mango vanaf die grond afneem. Hierdie energie transformeer in translasionele kinetiese energie omdat die mango se spoed toeneem as gevolg van die konstante gravitasionele versnelling. Die elastiese potensiële energie wat in 'n gestoorde slingervel gestoor word, kan omskep word in die translasionele kinetiese energie van 'n klip wanneer die trekkrag van die slingervel vrygestel word... 'n geboë boog besit ook elastiese potensiële energie.
Die elastiese potensiële energie in 'n geboë boog kan omgeskakel word na die translasionele kinetiese energie van die pyl. Op mikroskopiese vlak kan ons ook voorbeelde van energietransformasies vind. Wanneer jy 'n neonlig aanskakel, word elektriese energie gelyktydig omgeskakel na ligenergie. Nog 'n voorbeeld is die transformasie van elektriese energie na rotasionele kinetiese energie (’n waaier), ens. Hierdie proses van transformasie van elektriese energie word eintlik veroorsaak deur die verandering tussen potensiële energie en kinetiese energie op atoom- of molekulêre vlak.
Veranderinge in die vorm van energie behels gewoonlik die oordrag van energie van een voorwerp na 'n ander.
Energietransformasies behels tipies die oordrag van energie van een voorwerp na 'n ander. 'n Geboë boog het elastiese potensiële energie. Wanneer die boog getrek word, verander die boog se elastiese potensiële energie in die translasionele kinetiese energie van die pyl. Terselfdertyd word energie van die boog na die pyl oorgedra. Wanneer jy 'n stilstaande motorfiets stoot, verander die chemiese potensiële energie in jou liggaam in die translasionele kinetiese energie van die motorfiets. Terselfdertyd word energie van jou na die motorfiets oorgedra. Water bo-op 'n dam het gravitasie-potensiële energie. Wanneer water val, verander die gravitasie-potensiële energie daarvan in sy translasionele kinetiese energie. Die vallende water dryf dan 'n turbine aan. Wanneer die water die turbine aandryf, verander die translasionele kinetiese energie daarvan in sy rotasie-kinetiese energie. Terselfdertyd word energie van die water na die turbine oorgedra.
Arbeid word altyd verrig wanneer energie oorgedra word.
In elk van die voorbeelde wat voorheen bespreek is , gaan die oordrag van energie altyd gepaard met inspanning. Wanneer energie van die boog na die pyl beweeg, doen die boog werk op die pyl. Wanneer energie van jou na die motorfiets beweeg, doen jy werk op die motorfiets. Wanneer energie van die water na die turbine beweeg, doen die water werk op die turbine. As geen werk verrig word nie, sou dit onmoontlik wees vir die pyl om te beweeg wanneer die boog losgelaat word, en 'n stukkende motorfiets sou ook nie beweeg wanneer dit gestoot word nie. Dieselfde geld vir die turbine. Maar in werklikheid beweeg die pyl, die stukkende motorfiets en die turbine . Daar kan afgelei word dat inspanning (W) altyd verrig word wanneer energie van een voorwerp na 'n ander beweeg.
Alhoewel hulle weet dat energie altyd van vorm verander van een voorwerp na 'n ander, kon wetenskaplikes nog nie tot die gevolgtrekking kom dat energie behoue bly nie. Wetenskaplikes is verward deur die bestaan van hitte. Hitte verskyn altyd as gevolg van wrywing. Byvoorbeeld, jy stoot 'n blok wat op die vloer is. Wanneer jy die blok stoot, verander die chemiese potensiële energie in jou liggaam van vorm na die blok se translasionele kinetiese energie. Terselfdertyd word energie van jou na die blok oorgedra. Wanneer energie van jou na die blok oorgedra word, doen jy werk op die blok (W = Fs). Natuurlik beweeg die blok.
Nadat dit beweeg het, stop die blok gewoonlik. Die blok stop as gevolg van wrywing. Waar daar wrywing is, is daar hitte. Probeer om jou handpalms teen mekaar te vryf. Jou handpalms voel warm, reg ? Dieselfde gebeur met die blok. Die oppervlak van die vloer en die basis van die blok word warm as gevolg van wrywing. Wrywing word ook 'n dissipatiewe krag genoem omdat dit die totale meganiese energie verminder of uitskakel (meganiese energie = potensiële energie + kinetiese energie). In hierdie geval elimineer die wrywingskrag die blok se translasionele kinetiese energie. Die blok se translasionele kinetiese energie kom van chemiese potensiële energie.
Kalorie
SVoor die negentiende eeu het geen wetenskaplike geweet nie apa dit kalorie atau hitte. 'n Teorie het ontstaan dat hitte 'n sekere tipe stof is (hierdie stof word kalorie genoem). Maar die teenwoordigheid van stowwe bernama kalorieë kan nie bewys word nie sy bestaan. Sedert laat 1830's, James Joule (1818-1889) het 'n eksperiment uitgevoer en gevind dat Die kinetiese energie wat verlore gaan, is altyd dieselfde asofr as gevolg van.
Nie hitte of kinetiese energie niek is afsonderlik ewig. Wat altyd ewig is, is die totale hoeveelheid kinetiese energie en hitte. Gebaseer op die resultate van sy eksperimente, het Joule 'n vergelyking met hitte-oordrag gemaak dari hoëtemperatuurvoorwerpe (warm voorwerpe) ke lae temperatuur voorwerpe (koue voorwerpe). JOule het tot die gevolgtrekking gekom dat asr isn energie watg beweeg as gevolg van temperatuurverskille. Dit is die definisie van hitte vanuit 'n makroskopiese oogpunt. Vanuit 'n mikroskopiese oogpunt, hitte kan verduidelik word met behulp van kinetiese teorie.
In die onderwerp van die kinetiese teorie van gasse het ons geleer dat die temperatuur van 'n voorwerp 'n maatstaf is van die kinetiese energie van die molekules waaruit die voorwerp bestaan. Hoe hoër die temperatuur van 'n voorwerp, hoe groter is die kinetiese energie van die molekules waaruit die voorwerp bestaan. Kinetiese energie hou verband met die spoed van beweging. Hoe groter die kinetiese energie (hoër EK) van die molekules, hoe groter is die spoed van beweging (hoër v) van die molekules. As ons 'n hoëtemperatuurvoorwerp (warm voorwerp) met 'n laetemperatuurvoorwerp (koue voorwerp) aanraak, vloei hitte outomaties van die hoëtemperatuurvoorwerp na die laetemperatuurvoorwerp . Wanneer die temperatuur van 'n voorwerp toeneem, neem die kinetiese energie van die molekules waaruit die voorwerp bestaan toe (die spoed van molekulêre beweging neem toe). Daar kan afgelei word dat hitte die kinetiese energie van vinnig bewegende molekules is.
Nadat hulle geweet het dat hitte energie is wat beweeg as gevolg van temperatuurverskille (makroskopiese definisie) of dat hitte die kinetiese energie van vinnig bewegende molekules is (mikroskopiese definisie), het wetenskaplikes uiteindelik die wet van energiebehoud geformuleer :
Energie kan van een vorm na 'n ander verander, van een voorwerp na 'n ander beweeg, maar die totale energie neem nooit af of toe nie.
Veranderinge in die vorm van energie behels die oordrag van energie van een voorwerp na 'n ander. Elke oordrag van energie gaan altyd gepaard met inspanning of arbeid. Gebaseer op die resultate van eksperimente en ontledings deur wetenskaplikes, is dit bekend dat hitte eintlik energie is wat oorgedra word as gevolg van temperatuurverskille (makroskopiese begrip) of hitte is die kinetiese energie van vinnig bewegende molekules (mikroskopiese begrip). Ons kan sê dat arbeid (W) en hitte (Q) betrokke is by die oordrag van energie. Die eerste wet van termodinamika is 'n wet wat die oordrag van energie verduidelik wat hitte en arbeid behels. Hitte en arbeid is nie 'n vorm van energie nie , maar is slegs betrokke by die oordrag van energie tussen voorwerpe, tussen voorwerpe en lewende wesens, of tussen lewende wesens.
In die eerste wet van termodinamika maak ons ook kennis met 'n nuwe hoeveelheid: interne energie (U). Interne energie is die totale kinetiese energie van molekules en potensiële energie wat voortspruit uit die interaksies tussen die atome waaruit 'n molekule bestaan, of die interaksies tussen die molekules waaruit 'n voorwerp of lewende wese bestaan. Elke voorwerp bestaan uit atome of molekules. Daarom moet elke voorwerp in die heelal interne energie hê. Elke energie-oordragproses wat hitte en arbeid behels, sal 'n verandering in interne energie tot gevolg hê.
