Артыкул пра закон захавання энергіі
Віды энергіі
У нашым паўсядзённым жыцці існуе мноства формаў энергіі. У тэме працы і энергіі мы пазнаёміліся з двума формамі механічнай энергіі: патэнцыяльнай энергіяй і кінетычнай энергіяй . Патэнцыяльная энергія складаецца з некалькіх тыпаў, у тым ліку гравітацыйнай энергіі, энергіяй пругкасці і электрычнай энергіяй . Кінетычная энергія складаецца з двух тыпаў: паступальнай кінетычнай энергіі і вярчальнай кінетычнай энергіі.
Смачнае, спелае манга мае гравітацыйную патэнцыяльную энергію, бо яно вісіць на сваім сцябле. Тое ж самае адбываецца, калі вы знаходзіцеся на пэўнай вышыні над зямлёй, напрыклад, на даху. Аб'ект валодае гравітацыйнай патэнцыяльнай энергіяй з-за свайго становішча адносна Зямлі.
Расцягнутая гумовая стужка рагаткі валодае пругкай патэнцыяльнай энергіяй. Рагатка можа запускаць камень дзякуючы пругкай патэнцыяльнай энергіі, якая змяшчаецца ў расцягнутай гуме. Падобным чынам, лук, нацягнуты лучнікам, можа выкінуць стралу дзякуючы пругкай патэнцыяльнай энергіі, якая змяшчаецца ў расцягнутым луку.
Акрамя патэнцыяльнай і кінетычнай энергіі, якімі валодаюць аб'ёмныя рэчывы і якія мы часта бачым у паўсядзённым жыцці, існуюць і іншыя формы энергіі. Існуе электрычная энергія, ядзерная энергія, хімічная энергія і г.д. Пасля з'яўлення кінетычнай тэорыі было сказана, што энергія ў іншых формах (электрычная энергія, хімічная энергія і г.д.) з'яўляецца кінетычнай энергіяй або патэнцыяльнай энергіяй на атамным або малекулярным узроўні. Хімічная энергія, якая захоўваецца ў ежы і паліве, лічыцца патэнцыяльнай энергіяй, якая захоўваецца ў малекулах, з-за электрычных сіл паміж атамамі, якія складаюць малекулы (таксама вядомых як хімічныя сувязі). Электрычная энергія, магнітная энергія, ядзерная энергія таксама могуць лічыцца кінетычнай энергіяй або патэнцыяльнай энергіяй на атамным узроўні.
Змены ў форме энергіі
Важна адзначыць, што энергія можа пераходзіць з адной формы ў іншую. На макраскапічным узроўні мы можам знайсці мноства прыкладаў пераўтварэнняў энергіі. Манга, якое вісіць на сцябле, валодае гравітацыйнай патэнцыяльнай энергіяй. Калі манга падае на зямлю, яго патэнцыяльная энергія памяншаецца ўздоўж шляху да зямлі. Калі яно пачынае падаць, патэнцыяльная энергія памяншаецца, таму што памяншаецца вертыкальная адлегласць манга ад зямлі. Гэтая энергія ператвараецца ў паступальную кінетычную энергію, таму што хуткасць манга павялічваецца з-за пастаяннага гравітацыйнага паскарэння. Пругкая патэнцыяльная энергія, якая захоўваецца ў расцягнутай рагатцы, можа ператварыцца ў паступальную кінетычную энергію каменя, калі вызваліць рагатку... выгнуты лук таксама валодае пругкай патэнцыяльнай энергіяй.
Патэнцыяльная энергія пругкасці ў выгнутым луку можа быць пераўтворана ў паступальную кінетычную энергію стрэлы. На мікраскапічным узроўні мы таксама можам знайсці прыклады пераўтварэння энергіі. Калі вы ўключаеце неонавую лямпу, электрычная энергія адначасова пераўтвараецца ў светлавую. Іншы прыклад - пераўтварэнне электрычнай энергіі ў кінетычную энергію вярчэння (вентылятар) і г.д. Гэты працэс пераўтварэння электрычнай энергіі насамрэч выкліканы змяненнем паміж патэнцыяльнай і кінетычнай энергіяй на атамным або малекулярным узроўні.
Змены формы энергіі звычайна ўключаюць перадачу энергіі ад аднаго аб'екта да іншага.
Пераўтварэнні энергіі звычайна ўключаюць перадачу энергіі ад аднаго аб'екта да іншага. Выгнуты лук мае пругкую патэнцыяльную энергію. Калі лук нацягваецца, пругкая патэнцыяльная энергія лука ператвараецца ў паступальную кінетычную энергію стрэлы. У той жа час энергія перадаецца ад лука да стрэлы. Калі вы штурхаеце матацыкл, які спыніўся, хімічная патэнцыяльная энергія ў вашым целе ператвараецца ў паступальную кінетычную энергію матацыкла. У той жа час энергія перадаецца ад вас да матацыкла. Вада на вяршыні плаціны мае гравітацыйную патэнцыяльную энергію. Калі вада падае, яе гравітацыйная патэнцыяльная энергія ператвараецца ў паступальную кінетычную энергію. Падаючая вада затым круціць турбіну. Калі вада круціць турбіну, яе паступальная кінетычная энергія ператвараецца ў вярчальную кінетычную энергію. У той жа час энергія перадаецца ад вады да турбіны.
Работа заўсёды выконваецца пры перадачы энергіі.
У кожным з разгледжаных раней прыкладаў перадача энергіі заўсёды суправаджаецца намаганнем. Калі энергія пераходзіць ад лука да стралы, лук выконвае працу над стралой. Калі энергія пераходзіць ад вас да матацыкла, вы выконваеце працу над матацыклам. Калі энергія пераходзіць ад вады да турбіны, вада выконвае працу над турбінай. Калі б не выконвалася ніякай працы, страла не магла б рухацца пры адпусканні лука, як і зламаны матацыкл пры штуршку. Тое ж самае тычыцца турбіны. Але на самой справе рухаюцца і страла, і зламаны матацыкл, і турбіна . Можна зрабіць выснову, што намаганне (Вт) заўсёды прыкладаецца пры перамяшчэнні энергіі ад аднаго аб'екта да іншага.
Нягледзячы на тое, што навукоўцы ведаюць, што энергія заўсёды змяняе форму ад аднаго аб'екта да іншага, яны не змаглі прыйсці да высновы, што энергія захоўваецца . Навукоўцаў бянтэжыць існаванне цяпла. Цяпло заўсёды з'яўляецца з-за трэння. Напрыклад, вы штурхаеце блок, які ляжыць на падлозе. Калі вы штурхаеце блок, хімічная патэнцыяльная энергія ў вашым целе змяняе форму на паступальную кінетычную энергію блока. У той жа час энергія перадаецца ад вас да блока. Калі энергія перадаецца ад вас да блока, вы выконваеце працу над блокам (W = Fs). Вядома, блок рухаецца.
Пасля руху блок звычайна спыняецца. Блок спыняецца з-за трэння. Дзе ёсць трэнне, там і цяпло. Паспрабуйце пацерці далоні адна аб адну. Вашы далоні адчуваюць цяпло, праўда ? Тое ж самае адбываецца і з блокам. Паверхня падлогі і аснова блока награваюцца з -за трэння. Трэнне таксама называюць дысіпатыўнай сілай, таму што яно памяншае або ліквідуе агульную механічную энергію (механічная энергія = патэнцыяльная энергія + кінетычная энергія). У гэтым выпадку сіла трэння ліквідуе паступальную кінетычную энергію блока. Паступальная кінетычная энергія блока паходзіць ад хімічнай патэнцыяльнай энергіі.
Калорыі
SДа дзевятнаццатага стагоддзя ніводзін навуковец не ведаў Што гэта спёка або цяпло. З'явілася тэорыя, што цяпло — гэта пэўны тып рэчыва (гэтае рэчыва называецца каларыйным). Але наяўнасць рэчываў бернама каларыйнасць нельга даказаць яго існаванне. Так як Канец 1830-х гадоў, Джэймс Джоўль (1818–1889)) правёў эксперымент і выявіў, што страта кінетычнай энергіі заўсёды аднолькавая, як калі бr вынікаючы з.
Ні цеплавой, ні кінетычнай энергііk вечныя паасобку. Вечнай заўсёды з'яўляецца агульная колькасць кінетычнай энергіі і цяпла. Зыходзячы з вынікаў сваіх эксперыментаў, Джоўль параўнаў цеплаперадачу ад аб'екты высокай тэмпературы (гарачыя аб'екты) ke аб'екты з нізкай тэмпературай (халодныя аб'екты). JОўле прыйшоў да высновы, што каліr ёсцьn энергія, якаяg рухаюцца з-за розніцы тэмператур. Гэта вызначэнне цяпла з макраскапічнага пункту гледжання. З мікраскапічнага пункту гледжання, спякоту можна растлумачыць выкарыстоўваючы кінетычную тэорыю.
У тэме кінетычнай тэорыі газаў мы даведаліся, што тэмпература аб'екта з'яўляецца мерай кінетычнай энергіі малекул, з якіх ён складаецца. Чым вышэйшая тэмпература аб'екта, тым большая кінетычная энергія малекул, з якіх ён складаецца. Кінетычная энергія звязана са хуткасцю руху. Чым большая кінетычная энергія (вышэй EK) малекул, тым большая хуткасць руху (вышэй v) малекул. Калі мы дакранемся да аб'екта з высокай тэмпературай (гарачага аб'екта) аб'ектам з нізкай тэмпературай (халоднага аб'екта), цяпло аўтаматычна пераходзіць ад аб'екта з высокай тэмпературай да аб'екта з нізкай тэмпературай . Калі тэмпература аб'екта павышаецца, кінетычная энергія малекул, з якіх ён складаецца, павялічваецца (хуткасць малекулярнага руху павялічваецца). Можна зрабіць выснову , што цяпло - гэта кінетычная энергія хутка рухаючыхся малекул.
Даведаўшыся, што цяпло — гэта энергія, якая перамяшчаецца з-за розніцы тэмператур (макраскапічнае вызначэнне), або што цяпло — гэта кінетычная энергія хутка рухаючыхся малекул (мікраскапічнае вызначэнне), навукоўцы нарэшце сфармулявалі закон захавання энергіі:
Энергія можа пераходзіць з адной формы ў іншую, ад аднаго аб'екта да іншага, але агульная энергія ніколі не памяншаецца і не павялічваецца.
Змены формы энергіі ўключаюць перадачу энергіі ад аднаго аб'екта да іншага. Кожная перадача энергіі заўсёды суправаджаецца намаганнем або працай. Зыходзячы з вынікаў эксперыментаў і аналізу, праведзенага навукоўцамі, вядома, што цяпло - гэта насамрэч энергія, якая перадаецца з-за розніцы тэмператур (макраскапічнае разуменне), або цяпло - гэта кінетычная энергія хутка рухаючыхся малекул (мікраскапічнае разуменне). Можна сказаць, што праца (Вт) і цяпло (Q) удзельнічаюць у перадачы энергіі. Першы закон тэрмадынамікі - гэта закон, які тлумачыць перадачу энергіі, якая ўключае цяпло і працу. Цяпло і праца не з'яўляюцца формай энергіі , а толькі ўдзельнічаюць у перадачы энергіі паміж аб'ектамі, паміж аб'ектамі і жывымі істотамі або паміж жывымі істотамі.
У першым законе тэрмадынамікі мы таксама знаёмімся з новай велічынёй: унутранай энергіяй (U). Унутраная энергія — гэта агульная кінетычная энергія малекул і патэнцыяльная энергія, якія ўзнікаюць у выніку ўзаемадзеяння паміж атамамі, якія складаюць малекулу, або ўзаемадзеяння паміж малекуламі, якія складаюць аб'ект або жывую істоту. Кожны аб'ект складаецца з атамаў або малекул. Такім чынам, кожны аб'ект у Сусвеце павінен мець унутраную энергію. Кожны працэс перадачы энергіі, які ўключае цяпло і працу, прывядзе да змены ўнутранай энергіі.
