Статия за закона за запазване на енергията
Форми на енергия
В ежедневието ни има много форми на енергия. В темата за работата и енергията се запознахме с две форми на механична енергия: потенциална енергия и кинетична енергия . Потенциалната енергия се състои от няколко вида, включително гравитационна енергия, еластична енергия и електрическа енергия . Кинетичната енергия се състои от два вида: транслационна кинетична енергия и ротационна кинетична енергия.
Вкусното, узряло манго има гравитационна потенциална енергия, тъй като виси на стъблото си. Същото се случва, когато сте на определена височина над земята, например на покрив. Обектът притежава гравитационна потенциална енергия поради положението си спрямо Земята.
Разтегнатата гумена лента на прашка притежава еластична потенциална енергия. Прашката може да изстреля камък благодарение на еластичната потенциална енергия, съдържаща се в разтегнатата гума. По подобен начин, лък, опънат от стрелец с лък, може да изстреля стрела благодарение на еластичната потенциална енергия, съдържаща се в разтегнатия лък.
В допълнение към потенциалната и кинетичната енергия, притежавани от материята с големи размери и които често виждаме в ежедневието, съществуват и други форми на енергия. Съществуват електрическа енергия, ядрена енергия, химическа енергия и др. След появата на кинетичната теория се казва, че енергията в други форми (електрическа енергия, химическа енергия и др.) е кинетична енергия или потенциална енергия на атомно или молекулярно ниво. Химическата енергия, съхранена в храната и горивото, се счита за потенциална енергия, съхранена в молекулите, поради електрическите сили между атомите, които изграждат молекулите (известни също като химични връзки). Електрическата енергия, магнитната енергия, ядрената енергия също могат да се считат за кинетична енергия или потенциална енергия в атомен мащаб.
Промени във формата на енергията
Важно е да се отбележи, че енергията може да преминава от една форма в друга. На макроскопично ниво можем да открием безброй примери за енергийни трансформации. Манго, висящо на стъблото си, притежава гравитационна потенциална енергия. Когато мангото падне на земята, потенциалната му енергия намалява по пътя му към земята. Когато започне да пада, потенциалната енергия намалява, защото вертикалното разстояние на мангото от земята намалява. Тази енергия се трансформира в транслационна кинетична енергия, защото скоростта на мангото се увеличава поради постоянното гравитационно ускорение. Еластичната потенциална енергия, съхранена в разтегната прашка, може да се трансформира в транслационна кинетична енергия на камък, когато дърпането на прашката се освободи... извитият лък също притежава еластична потенциална енергия.
Еластичната потенциална енергия в извит лък може да се трансформира в транслационната кинетична енергия на стрелата. На микроскопично ниво също можем да открием примери за енергийни трансформации. Когато включите неонова лампа, електрическата енергия едновременно се трансформира в светлинна енергия. Друг пример е трансформацията на електрическата енергия в ротационна кинетична енергия (вентилатор) и др. Този процес на трансформация на електрическата енергия всъщност се причинява от промяната между потенциалната и кинетичната енергия на атомно или молекулярно ниво.
Промените във формата на енергията обикновено включват пренос на енергия от един обект към друг.
Енергийните трансформации обикновено включват пренос на енергия от един обект към друг. Извитият лък има еластична потенциална енергия. Когато лъкът се опъне, еластичната потенциална енергия на лъка се променя в транслационната кинетична енергия на стрелата. В същото време енергията се прехвърля от лъка към стрелата. Когато бутате спрял мотоциклет, химическата потенциална енергия във вашето тяло се променя в транслационната кинетична енергия на мотоциклета. В същото време енергията се прехвърля от вас към мотоциклета. Водата на върха на язовир има гравитационна потенциална енергия. Когато водата пада, нейната гравитационна потенциална енергия се променя в нейната транслационна кинетична енергия. Падащата вода след това задвижва турбина. Когато водата задвижва турбината, нейната транслационна кинетична енергия се променя в нейната ротационна кинетична енергия. В същото време енергията се прехвърля от водата към турбината.
Работа винаги се извършва, когато се пренася енергия.
Във всеки от разгледаните по-горе примери , преносът на енергия винаги е съпроводен с усилие. Когато енергията се движи от лъка към стрелата, лъкът извършва работа върху стрелата. Когато енергията се движи от вас към мотоциклета, вие извършвате работа върху мотоциклета. Когато енергията се движи от водата към турбината, водата извършва работа върху турбината. Ако не се извършваше работа, стрелата би било невъзможно да се движи, когато лъкът се освободи, нито пък повреден мотоциклет би се движил, когато бъде натиснат. Същото важи и за турбината. Но в действителност стрелата, повреденият мотоциклет и турбината се движат . Може да се заключи, че усилието (W) винаги се прилага, когато енергията се движи от един обект към друг.
Въпреки че знаят, че енергията винаги променя формата си от един обект на друг, учените не са успели да стигнат до заключението, че енергията се запазва. Учените са объркани от съществуването на топлина. Топлината винаги се появява поради триене. Например, бутате блок, който е на пода. Когато бутате блока, химическата потенциална енергия във вашето тяло променя формата си в транслационна кинетична енергия на блока. В същото време енергията се прехвърля от вас към блока. Когато енергията се прехвърля от вас към блока, вие извършвате работа върху блока (W = Fs). Разбира се, блокът се движи.
След движение, блокът обикновено спира. Блокът спира поради триене. Където има триене, има топлина. Опитайте да разтриете дланите си. Дланите ви се затоплят, нали ? Същото се случва и с блока. Повърхността на пода и основата на блока се затоплят поради триене. Триенето се нарича още дисипативна сила, защото намалява или елиминира общата механична енергия (механична енергия = потенциална енергия + кинетична енергия). В този случай силата на триене елиминира транслационната кинетична енергия на блока. Транслационната кинетична енергия на блока идва от химическата потенциална енергия.
Калории
SПреди деветнадесети век никой учен не е знаел апа иту топлина atau топлина. Появи се теория, че топлината е определен вид вещество (това вещество се нарича калорично). Но наличието на вещества бернама калоричността не може да се докаже съществуването му. Тъй като akhir tahun 1830, James Joule (1818‐1889) проведе експеримент и установи, че загубената кинетична енергия е винаги една и съща, както акоr произтичащи от.
Нито топлина, нито кинетична енергияk са вечни поотделно. Това, което винаги е вечно, е общото количество кинетична енергия и топлина. Въз основа на резултатите от своите експерименти, Джаул прави сравнение с топлопреноса Дари обекти с висока температура (горещи обекти) ke обекти с ниска температура (студени обекти). JОуле заключи, че акоr еn енергия, коятоg движещи се поради температурни разлики. Това е определението за топлина от макроскопска гледна точка. От микроскопска гледна точка, топлината може да се обясни използвайки кинетичната теория.
В темата за кинетичната теория на газовете научихме, че температурата на даден обект е мярка за кинетичната енергия на молекулите, които го изграждат. Колкото по-висока е температурата на даден обект, толкова по-голяма е кинетичната енергия на молекулите, които го изграждат. Кинетичната енергия е свързана със скоростта на движение. Колкото по-голяма е кинетичната енергия (по-високо EK) на молекулите, толкова по-голяма е скоростта на движение (по-високо v) на молекулите. Ако докоснем обект с висока температура (горещ обект) с обект с ниска температура (студен обект), топлината автоматично преминава от обекта с висока температура към обекта с ниска температура . Когато температурата на обекта се повиши, кинетичната енергия на молекулите, които го изграждат, се увеличава (скоростта на молекулното движение се увеличава). Може да се заключи , че топлината е кинетичната енергия на бързо движещите се молекули.
След като разбраха, че топлината е енергия, която се движи поради температурни разлики (макроскопично определение) или че топлината е кинетичната енергия на бързо движещи се молекули (микроскопично определение), учените най-накрая формулираха закона за запазване на енергията:
Енергията може да преминава от една форма в друга, да се премества от един обект на друг, но общата енергия никога не намалява или се увеличава.
Промените във формата на енергията включват пренос на енергия от един обект към друг. Всеки пренос на енергия винаги е съпроводен с усилие или работа. Въз основа на резултатите от експерименти и анализи от учените е известно, че топлината всъщност е енергия, която се пренася поради температурни разлики (макроскопично разбиране) или топлината е кинетичната енергия на бързо движещи се молекули (микроскопично разбиране). Можем да кажем, че работата (W) и топлината (Q) участват в преноса на енергия. Първият закон на термодинамиката е закон, който обяснява преноса на енергия, включващ топлина и работа. Топлината и работата не са форма на енергия , а участват само в преноса на енергия между обекти, между обекти и живи същества или между живи същества.
В първия закон на термодинамиката се запознаваме и с нова величина: вътрешна енергия (U). Вътрешната енергия е общата кинетична енергия на молекулите и потенциалната енергия, произтичащи от взаимодействията между атомите, които изграждат молекулата, или от взаимодействията между молекулите, които изграждат обект или живо същество. Всеки обект е съставен от атоми или молекули. Следователно, всеки обект във Вселената трябва да има вътрешна енергия. Всеки процес на пренос на енергия, включващ топлина и работа, ще доведе до промяна във вътрешната енергия.
