Článek o zákonu zachování energie
Formy energie
V našem každodenním životě existuje mnoho forem energie. V tématu práce a energie jsme se seznámili se dvěma formami mechanické energie: potenciální energií a kinetickou energií . Potenciální energie se skládá z několika typů, včetně gravitační energie, elastické energie a elektrické energie . Kinetická energie se skládá ze dvou typů: translační kinetické energie a rotační kinetické energie.
Lahodné, zralé mango má gravitační potenciální energii, protože visí na stonku. Totéž se děje, když jste v určité výšce nad zemí, například na střeše. Objekt má gravitační potenciální energii díky své poloze vzhledem k Zemi.
Natažená gumička praku má elastickou potenciální energii. Prak může vystřelit kámen díky elastické potenciální energii obsažené v natažené gumě. Podobně luk natažený lučištníkem může vystřelit šíp díky elastické potenciální energii obsažené v nataženém luku.
Kromě potenciální a kinetické energie, kterou disponují velké hmoty a kterou často vidíme v každodenním životě, existují i další formy energie. Existuje elektrická energie, jaderná energie, chemická energie atd. Po vzniku kinetické teorie se říkalo, že energie v jiných formách (elektrická energie, chemická energie atd.) je kinetická energie nebo potenciální energie na atomové nebo molekulární úrovni. Chemická energie uložená v potravinách a palivech se považuje za potenciální energii uloženou v molekulách v důsledku elektrických sil mezi atomy, které tvoří molekuly (známých také jako chemické vazby). Elektrická energie, magnetická energie a jaderná energie mohou být také považovány za kinetickou energii nebo potenciální energii v atomovém měřítku.
Změny energetické formy
Je důležité si uvědomit, že energie se může měnit z jedné formy do druhé. Na makroskopické úrovni můžeme najít nespočet příkladů energetických transformací. Mango visící na stonku má gravitační potenciální energii. Jak mango padá na zem, jeho potenciální energie se podél dráhy k zemi snižuje. Jakmile mango začne padat, potenciální energie se snižuje, protože se snižuje vertikální vzdálenost manga od země. Tato energie se transformuje na translační kinetickou energii, protože rychlost manga se zvyšuje v důsledku konstantního gravitačního zrychlení. Elastická potenciální energie uložená v nataženém praku se může transformovat na translační kinetickou energii kamene, když se uvolní tah praku... zakřivený luk má také elastickou potenciální energii.
Elastická potenciální energie v zakřiveném luku se může transformovat na translační kinetickou energii šípu. Na mikroskopické úrovni můžeme také najít příklady energetických transformací. Když zapnete neonové světlo, elektrická energie se současně transformuje na světelnou energii. Dalším příkladem je transformace elektrické energie na rotační kinetickou energii (ventilátor) atd. Tento proces transformace elektrické energie je ve skutečnosti způsoben změnou mezi potenciální a kinetickou energií na atomové nebo molekulární úrovni.
Změny formy energie obvykle zahrnují přenos energie z jednoho objektu na druhý.
Transformace energie obvykle zahrnují přenos energie z jednoho objektu na druhý. Zakřivený luk má elastickou potenciální energii. Když je luk natažen, elastická potenciální energie luku se mění na translační kinetickou energii šípu. Zároveň se energie přenáší z luku na šíp. Když tlačíte zastavený motocykl, chemická potenciální energie ve vašem těle se mění na translační kinetickou energii motocyklu. Zároveň se energie přenáší z vás na motocykl. Voda na vrcholu přehrady má gravitační potenciální energii. Když voda padá, její gravitační potenciální energie se mění na translační kinetickou energii. Padající voda pak pohání turbínu. Když voda pohání turbínu, její translační kinetická energie se mění na rotační kinetickou energii. Zároveň se energie přenáší z vody na turbínu.
Práce se vždy vykoná, když se přenáší energie.
V každém z dříve diskutovaných příkladů je přenos energie vždy doprovázen úsilím. Když se energie přesouvá z luku do šípu, luk vykonává práci na šípu. Když se energie přesouvá od vás k motocyklu, vykonáváte práci na motocyklu. Když se energie přesouvá z vody do turbíny, voda vykonává práci na turbíně. Pokud by se nevykonávala žádná práce, nebylo by možné, aby se šíp při uvolnění luku pohyboval, ani by se nepohnul porouchaný motocykl při tlačení. Totéž platí pro turbínu. Ve skutečnosti se však šíp, porouchaný motocykl a turbína pohybují . Lze konstatovat, že úsilí (W) se vždy vynakládá, když se energie přesouvá z jednoho objektu na druhý.
Přestože vědí, že energie vždy mění formu z jednoho objektu na druhý, vědci nebyli schopni dojít k závěru, že energie je zachována. Vědci jsou zmateni existencí tepla. Teplo vždy vzniká v důsledku tření. Například tlačíte na blok, který leží na podlaze. Když tlačíte na blok, chemická potenciální energie ve vašem těle se přemění na translační kinetickou energii bloku. Zároveň se energie přenáší z vás na blok. Když se energie přenáší z vás na blok, vykonáváte na bloku práci (W = Fs). Blok se samozřejmě pohybuje.
Po pohybu se blok obvykle zastaví. Blok se zastaví v důsledku tření. Kde je tření, tam je teplo. Zkuste si třít dlaně o sebe. Dlaně vám cítí teplo, že ? Totéž se děje s blokem. Povrch podlahy a základna bloku se v důsledku tření zahřívají . Tření se také nazývá disipativní síla, protože snižuje nebo eliminuje celkovou mechanickou energii (mechanická energie = potenciální energie + kinetická energie). V tomto případě třecí síla eliminuje translační kinetickou energii bloku. Translační kinetická energie bloku pochází z chemické potenciální energie.
Kalorie
SPřed devatenáctým stoletím žádný vědec nevěděl apa itu teplo atau teplo. Objevila se teorie, že teplo je určitý typ látky (tato látka se nazývá kalorická). Tetapi přítomnost látek Bernama kalorický obsah nelze prokázat jeho existence. Od koncem 30. let 19. století, James Joule (1818–1889)) provedl experiment a zjistil, že Ztráta kinetické energie je vždy stejná, jako kdybyr vyplývající z.
Ani teplo, ani kinetická energiek jsou věčné odděleně. Věčné je vždy celkové množství kinetické energie a tepla. Na základě výsledků svých experimentů Joule provedl srovnání s přenosem tepla dari předměty s vysokou teplotou (horké předměty) ke objekty s nízkou teplotou (studené objekty). JOule dospěl k závěru, že pokudr jen energie, kterág pohybující se v důsledku teplotních rozdílů. Toto je definice tepla z makroskopického hlediska. Z mikroskopického hlediska, teplo lze vysvětlit s využitím kinetické teorie.
V tématu kinetické teorie plynů jsme se dozvěděli, že teplota objektu je měřítkem kinetické energie molekul, které jej tvoří. Čím vyšší je teplota objektu, tím větší je kinetická energie molekul, které jej tvoří. Kinetická energie souvisí s rychlostí pohybu. Čím větší je kinetická energie (vyšší EK) molekul, tím větší je rychlost pohybu (vyšší v) molekul. Pokud se dotkneme objektu s vysokou teplotou (horkým objektem) objektu s nízkou teplotou (studeným objektem), teplo automaticky proudí z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou . Když se teplota objektu zvýší, kinetická energie molekul, které jej tvoří, zvýší se (rychlost molekulárního pohybu se zvýší). Lze konstatovat , že teplo je kinetická energie rychle se pohybujících molekul.
Poté, co vědci věděli, že teplo je energie, která se pohybuje v důsledku teplotních rozdílů (makroskopická definice), nebo že teplo je kinetická energie rychle se pohybujících molekul (mikroskopická definice), konečně formulovali zákon zachování energie:
Energie se může měnit z jedné formy do druhé, přesouvat se z jednoho objektu na druhý, ale celková energie se nikdy nesnižuje ani nezvyšuje.
Změny formy energie zahrnují přenos energie z jednoho objektu na druhý. Každý přenos energie je vždy doprovázen úsilím nebo prací. Na základě výsledků experimentů a analýz vědců je známo, že teplo je ve skutečnosti energie, která se přenáší v důsledku teplotních rozdílů (makroskopické chápání), nebo teplo je kinetická energie rychle se pohybujících molekul (mikroskopické chápání). Můžeme říci, že na přenosu energie se podílí práce (W) a teplo (Q). První termodynamický zákon je zákon, který vysvětluje přenos energie zahrnující teplo a práci. Teplo a práce nejsou formou energie , ale podílejí se pouze na přenosu energie mezi objekty, mezi objekty a živými organismy nebo mezi živými organismy.
V prvním termodynamickém zákoně se také seznamujeme s novou veličinou: vnitřní energií (U). Vnitřní energie je celková kinetická energie molekul a potenciální energie vznikající interakcemi mezi atomy, které tvoří molekulu, nebo interakcemi mezi molekulami, které tvoří objekt nebo živý tvor. Každý objekt se skládá z atomů nebo molekul. Proto každý objekt ve vesmíru musí mít vnitřní energii. Každý proces přenosu energie zahrnující teplo a práci bude mít za následek změnu vnitřní energie.
