Članak o zakonu o očuvanju energije
Oblici energije
U našem svakodnevnom životu postoje mnogi oblici energije. U temi rada i energije upoznali smo se s dva oblika mehaničke energije: potencijalnom energijom i kinetičkom energijom . Potencijalna energija se sastoji od nekoliko vrsta, uključujući gravitacijsku energiju, elastičnu energiju i električnu energiju . Kinetička energija se sastoji od dvije vrste: translacijske kinetične energije i rotacijske kinetične energije.
Ukusan, zreo mango ima gravitacijsku potencijalnu energiju dok visi sa svoje stabljike. Ista stvar se dešava kada ste na određenoj visini iznad tla, na primjer, na krovu. Objekt posjeduje gravitacijsku potencijalnu energiju zbog svog položaja u odnosu na Zemlju.
Istegnuta gumica praćke posjeduje elastičnu potencijalnu energiju. Praćka može lansirati kamen zbog elastične potencijalne energije sadržane u rastegnutoj gumi. Slično tome, luk koji zateže strijelac može izbaciti strijelu zbog elastične potencijalne energije sadržane u rastegnutom luku.
Pored potencijalne i kinetičke energije koju posjeduje materija velikih dimenzija i koju često viđamo u svakodnevnom životu, postoje i drugi oblici energije. Tu je električna energija, nuklearna energija, hemijska energija itd. Nakon pojave kinetičke teorije, rečeno je da je energija u drugim oblicima (električna energija, hemijska energija itd.) kinetička energija ili potencijalna energija na atomskom ili molekularnom nivou. Hemijska energija pohranjena u hrani i gorivu smatra se potencijalnom energijom pohranjenom u molekulama, zbog električnih sila između atoma koji čine molekule (također poznatih kao hemijske veze). Električna energija, magnetska energija, nuklearna energija također se mogu smatrati kinetičkom energijom ili potencijalnom energijom na atomskoj skali.
Promjene u obliku energije
Važno je napomenuti da se energija može mijenjati iz jednog oblika u drugi. Na makroskopskom nivou možemo pronaći bezbroj primjera transformacija energije. Mango koji visi sa stabljike posjeduje gravitacijsku potencijalnu energiju. Kako mango pada na tlo, njegova potencijalna energija se smanjuje duž puta prema tlu. Kako počinje padati, potencijalna energija se smanjuje jer se vertikalna udaljenost manga od tla smanjuje. Ova energija se transformiše u translacionu kinetičku energiju jer se brzina manga povećava zbog konstantnog gravitacijskog ubrzanja. Elastična potencijalna energija pohranjena u rastegnutoj praćki može se transformisati u translacionu kinetičku energiju kamena kada se otpusti sila praćke... zakrivljeni luk također posjeduje elastičnu potencijalnu energiju.
Elastična potencijalna energija u zakrivljenom luku može se transformirati u translacijsku kinetičku energiju strijele. Na mikroskopskom nivou također možemo pronaći primjere energetskih transformacija. Kada upalite neonsko svjetlo, električna energija se istovremeno transformira u svjetlosnu energiju. Drugi primjer je transformacija električne energije u rotacijsku kinetičku energiju (ventilator) itd. Ovaj proces transformacije električne energije zapravo je uzrokovan promjenom između potencijalne i kinetičke energije na atomskom ili molekularnom nivou.
Promjene u obliku energije obično uključuju prijenos energije s jednog objekta na drugi.
Transformacije energije obično uključuju prijenos energije s jednog objekta na drugi. Zakrivljeni luk ima elastičnu potencijalnu energiju. Kada se luk zategne, elastična potencijalna energija luka se mijenja u translacijsku kinetičku energiju strijele. Istovremeno, energija se prenosi s luka na strijelu. Kada gurate zaustavljeni motocikl, hemijska potencijalna energija u vašem tijelu se mijenja u translacijsku kinetičku energiju motocikla. Istovremeno, energija se prenosi s vas na motocikl. Voda na vrhu brane ima gravitacijsku potencijalnu energiju. Kada voda pada, njena gravitacijska potencijalna energija se mijenja u njenu translacijsku kinetičku energiju. Padajuća voda zatim pokreće turbinu. Kada voda pokreće turbinu, njena translacijska kinetička energija se mijenja u njenu rotacijsku kinetičku energiju. Istovremeno, energija se prenosi s vode na turbinu.
Rad se uvijek obavlja kada se energija prenosi.
U svakom od prethodno razmatranih primjera , prijenos energije uvijek je praćen naporom. Kada se energija kreće od luka do strijele, luk vrši rad na strijeli. Kada se energija kreće od vas do motocikla, vi vršite rad na motociklu. Kada se energija kreće od vode do turbine, voda vrši rad na turbini. Da se ne bi vršio nikakav rad, strijela se ne bi mogla pomicati kada se luk otpusti, niti bi se pokvaren motocikl pomicao kada se gurne. Isto važi i za turbinu. Ali u stvarnosti, strijela, pokvaren motocikl i turbina se kreću . Može se zaključiti da se napor (W) uvijek vrši kada se energija kreće od jednog objekta do drugog.
Iako znaju da energija uvijek mijenja oblik s jednog objekta na drugi, naučnici nisu uspjeli zaključiti da se energija očuvava. Naučnici su zbunjeni postojanjem toplote. Toplota se uvijek javlja zbog trenja. Na primjer, gurate blok koji je na podu. Kada gurnete blok, hemijska potencijalna energija u vašem tijelu mijenja oblik u translacionu kinetičku energiju bloka. Istovremeno, energija se prenosi s vas na blok. Kada se energija prenosi s vas na blok, obavljate rad na bloku (W = Fs). Naravno, blok se pomiče.
Nakon kretanja, blok se obično zaustavi. Blok se zaustavlja zbog trenja. Gdje ima trenja, ima i toplote. Pokušajte protrljati dlanove jedan o drugi. Dlanovi su vam topli, zar ne ? Ista stvar se dešava i sa blokom. Površina poda i baza bloka se zagrijavaju zbog trenja. Trenje se naziva i disipativna sila jer smanjuje ili eliminiše ukupnu mehaničku energiju (mehanička energija = potencijalna energija + kinetička energija). U ovom slučaju, sila trenja eliminiše translacionu kinetičku energiju bloka. Translaciona kinetička energija bloka potiče od hemijske potencijalne energije.
Kalor
SPrije devetnaestog vijeka, nijedan naučnik nije znao apa itu toplota ili toplota. Pojavila se teorija da je toplota određena vrsta supstance (ta supstanca se naziva kalorijska). Ali prisustvo supstanci bernama Kalorijski unos se ne može dokazati njegovo postojanje. Pošto Krajem 1830-ih, James Joule (1818-1889)) proveo je eksperiment i otkrio da Izgubljena kinetička energija je uvijek ista kao da jer koji proizlaze iz.
Ni toplota ni kinetička energijak su vječni odvojeno. Ono što je uvijek vječno jeste ukupna količina kinetičke energije i toplote. Na osnovu rezultata svojih eksperimenata, Joule je napravio poređenje sa prenosom toplote Dari objekti visoke temperature (vrući objekti) ke objekti niske temperature (hladni objekti). JOule je zaključio da akor jen energija kojag kretanje zbog temperaturnih razlika. Ovo je definicija toplote sa makroskopskog stanovišta. Sa mikroskopskog stanovišta, Toplina se može objasniti koristeći kinetičku teoriju.
U temi kinetičke teorije gasova, naučili smo da je temperatura objekta mjera kinetičke energije molekula koji čine objekat. Što je viša temperatura objekta, to je veća kinetička energija molekula koji čine objekat. Kinetička energija je povezana sa brzinom kretanja. Što je veća kinetička energija (veći EK) molekula, to je veća brzina kretanja (veći v) molekula. Ako dodirnemo objekat visoke temperature (vrući objekat) sa objektom niske temperature (hladnim objektom), toplota automatski prelazi sa objekta visoke temperature na objekat niske temperature . Kada se temperatura objekta poveća, kinetička energija molekula koji čine objekat se povećava (brzina kretanja molekula se povećava). Može se zaključiti da je toplota kinetička energija molekula koje se brzo kreću.
Nakon što su saznali da je toplota energija koja se kreće zbog temperaturnih razlika (makroskopska definicija) ili da je toplota kinetička energija molekula koje se brzo kreću (mikroskopska definicija), naučnici su konačno formulisali zakon održanja energije:
Energija se može mijenjati iz jednog oblika u drugi, prelaziti s jednog objekta na drugi, ali ukupna energija se nikada ne smanjuje niti povećava.
Promjene u obliku energije uključuju prijenos energije s jednog objekta na drugi. Svaki prijenos energije uvijek je praćen naporom ili radom. Na osnovu rezultata eksperimenata i analiza naučnika, poznato je da je toplota zapravo energija koja se prenosi zbog razlika u temperaturi (makroskopsko razumijevanje) ili je toplota kinetička energija molekula koje se brzo kreću (mikroskopsko razumijevanje). Možemo reći da su rad (W) i toplota (Q) uključeni u prijenos energije. Prvi zakon termodinamike je zakon koji objašnjava prijenos energije koji uključuje toplotu i rad. Toplota i rad nisu oblik energije , već su uključeni samo u prijenos energije između objekata, između objekata i živih bića ili između živih bića.
U prvom zakonu termodinamike upoznajemo se i s novom veličinom: unutrašnjom energijom (U). Unutrašnja energija je ukupna kinetička energija molekula i potencijalna energija koja nastaje interakcijama između atoma koji čine molekulu ili interakcijama između molekula koje čine objekt ili živo biće. Svaki objekt je sastavljen od atoma ili molekula. Stoga, svaki objekt u svemiru mora imati unutrašnju energiju. Svaki proces prijenosa energije koji uključuje toplinu i rad rezultirat će promjenom unutrašnje energije.
