Erthygl am Gyfraith Cadwraeth Ynni
Ffurfiau o ynni
Yn ein bywydau beunyddiol, mae yna lawer o ffurfiau o ynni. Yn y pwnc gwaith ac ynni, rydym wedi cael ein cyflwyno i ddau fath o ynni mecanyddol: ynni potensial ac ynni cinetig . Mae ynni potensial yn cynnwys sawl math, gan gynnwys ynni disgyrchiant, ynni elastig, ac ynni trydanol . Mae ynni cinetig yn cynnwys dau fath: ynni cinetig cyfieithu ac ynni cinetig cylchdro.
Mae gan mango blasus, aeddfed egni potensial disgyrchiant wrth iddo hongian o'i goesyn. Mae'r un peth yn digwydd pan fyddwch chi ar uchder penodol uwchben y ddaear, er enghraifft, ar do tŷ. Mae gan wrthrych egni potensial disgyrchiant oherwydd ei safle o'i gymharu â'r Ddaear.
Mae gan fand rwber estynedig slingshot egni potensial elastig. Gall y slingshot lansio carreg oherwydd yr egni potensial elastig sydd yn y rwber estynedig. Yn yr un modd, gall bwa a dynnir gan saethydd yrru saeth oherwydd yr egni potensial elastig sydd yn y bwa estynedig.
Yn ogystal â'r egni potensial a chinetig sydd gan fater mawr ac a welwn yn aml ym mywyd bob dydd, mae yna ffurfiau eraill o egni hefyd. Mae yna egni trydanol, egni niwclear, egni cemegol, ac ati. Ar ôl ymddangosiad damcaniaeth ginetig, dywedwyd bod egni mewn ffurfiau eraill (egni trydanol, egni cemegol, ac ati) yn egni cinetig neu'n egni potensial ar y lefel atomig neu foleciwlaidd. Ystyrir yr egni cemegol sy'n cael ei storio mewn bwyd a thanwydd yn egni potensial sy'n cael ei storio mewn moleciwlau, oherwydd y grymoedd trydanol rhwng yr atomau sy'n ffurfio'r moleciwlau (a elwir hefyd yn fondiau cemegol). Gellir ystyried egni trydanol, egni magnetig, egni niwclear hefyd yn egni cinetig neu'n egni potensial ar y raddfa atomig.
Newidiadau mewn ffurf ynni
Mae'n bwysig nodi y gall ynni newid o un ffurf i'r llall. Ar y lefel macrosgopig, gallwn ddod o hyd i enghreifftiau dirifedi o drawsffurfiadau ynni. Mae gan mango sy'n hongian o'i goesyn ynni potensial disgyrchiant. Wrth i'r mango syrthio i'r llawr, mae ei ynni potensial yn lleihau ar hyd ei lwybr tuag at y llawr. Wrth iddo ddechrau cwympo, mae'r ynni potensial yn lleihau oherwydd bod pellter fertigol y mango o'r llawr yn lleihau. Mae'r ynni hwn yn trawsnewid yn ynni cinetig cyfieithu oherwydd bod cyflymder y mango yn cynyddu oherwydd y cyflymiad disgyrchiant cyson. Gall yr ynni potensial elastig sydd wedi'i storio mewn slingshot estynedig drawsnewid yn ynni cinetig cyfieithu carreg pan fydd tynnu'r slingshot yn cael ei ryddhau ... mae gan fwa crwm ynni potensial elastig hefyd.
Gellir trawsnewid yr egni potensial elastig mewn bwa crwm yn egni cinetig cyfieithu'r saeth. Ar y lefel microsgopig, gallwn hefyd ddod o hyd i enghreifftiau o drawsnewidiadau ynni. Pan fyddwch chi'n troi golau neon ymlaen, mae ynni trydanol yn cael ei drawsnewid ar yr un pryd yn ynni golau. Enghraifft arall yw trawsnewid ynni trydanol yn egni cinetig cylchdro (ffan), ac ati. Mae'r broses hon o drawsnewid ynni trydanol mewn gwirionedd yn cael ei hachosi gan y newid rhwng ynni potensial ac ynni cinetig ar y lefel atomig neu foleciwlaidd.
Mae newidiadau yn ffurf ynni fel arfer yn cynnwys trosglwyddo ynni o un gwrthrych i un arall.
Mae trawsnewidiadau ynni fel arfer yn cynnwys trosglwyddo ynni o un gwrthrych i'r llall. Mae gan fwa crwm ynni potensial elastig. Pan dynnir y bwa, mae ynni potensial elastig y bwa yn newid i ynni cinetig cyfieithu'r saeth. Ar yr un pryd, trosglwyddir ynni o'r bwa i'r saeth. Pan fyddwch chi'n gwthio beic modur sydd wedi stopio, mae'r ynni potensial cemegol yn eich corff yn newid i ynni cinetig cyfieithu'r beic modur. Ar yr un pryd, trosglwyddir ynni gennych chi i'r beic modur. Mae gan ddŵr ar ben argae ynni potensial disgyrchiant. Pan fydd dŵr yn disgyn, mae ei ynni potensial disgyrchiant yn newid i'w ynni cinetig cyfieithu. Yna mae'r dŵr sy'n disgyn yn gyrru tyrbin. Pan fydd y dŵr yn gyrru'r tyrbin, mae ei ynni cinetig cyfieithu yn newid i'w ynni cinetig cylchdro. Ar yr un pryd, trosglwyddir ynni o'r dŵr i'r tyrbin.
Mae gwaith bob amser yn cael ei wneud pan fydd egni'n cael ei drosglwyddo.
Ym mhob un o'r enghreifftiau a drafodwyd yn flaenorol , mae trosglwyddo ynni bob amser yn cyd-fynd ag ymdrech. Pan fydd ynni'n symud o'r bwa i'r saeth, mae'r bwa'n gwneud gwaith ar y saeth. Pan fydd ynni'n symud oddi wrthych chi i'r beic modur, rydych chi'n gwneud gwaith ar y beic modur. Pan fydd ynni'n symud o'r dŵr i'r tyrbin, mae'r dŵr yn gwneud gwaith ar y tyrbin. Pe na bai unrhyw waith yn cael ei wneud, byddai'n amhosibl i'r saeth symud pan gaiff y bwa ei ryddhau, ac ni fyddai beic modur sydd wedi torri i lawr yn symud wrth ei wthio. Mae'r un peth yn wir am y tyrbin. Ond mewn gwirionedd, mae'r saeth, y beic modur sydd wedi torri i lawr, a'r tyrbin yn symud . Gellir dod i'r casgliad bod ymdrech (W) bob amser yn cael ei gwneud pan fydd ynni'n symud o un gwrthrych i'r llall.
Er eu bod nhw'n gwybod bod ynni bob amser yn newid ffurf o un gwrthrych i'r llall, nid yw gwyddonwyr wedi gallu dod i'r casgliad bod ynni'n cael ei gadw. Mae gwyddonwyr wedi drysu gan fodolaeth gwres. Mae gwres bob amser yn ymddangos oherwydd ffrithiant. Er enghraifft, rydych chi'n gwthio bloc sydd ar y llawr. Pan fyddwch chi'n gwthio'r bloc, mae'r ynni potensial cemegol yn eich corff yn newid ffurf i ynni cinetig cyfieithu'r bloc. Ar yr un pryd, mae ynni'n cael ei drosglwyddo gennych chi i'r bloc. Pan fydd ynni'n cael ei drosglwyddo gennych chi i'r bloc, rydych chi'n gwneud gwaith ar y bloc (W = Fs). Wrth gwrs, mae'r bloc yn symud.
Ar ôl symud, mae'r bloc fel arfer yn stopio. Mae'r bloc yn stopio oherwydd ffrithiant. Lle mae ffrithiant, mae gwres. Rhowch gynnig ar rwbio'ch cledrau gyda'i gilydd. Mae'ch cledrau'n teimlo'n gynnes, iawn ? Mae'r un peth yn digwydd i'r bloc. Mae wyneb y llawr a gwaelod y bloc yn cynhesu oherwydd ffrithiant. Gelwir ffrithiant hefyd yn rym afradlon oherwydd ei fod yn lleihau neu'n dileu cyfanswm yr egni mecanyddol (egni mecanyddol = egni potensial + egni cinetig). Yn yr achos hwn, mae'r grym ffrithiant yn dileu egni cinetig cyfieithu'r bloc. Daw egni cinetig cyfieithu'r bloc o egni potensial cemegol.
Calorïau
SCyn y bedwaredd ganrif ar bymtheg, doedd dim gwyddonydd yn gwybod Beth yw hynny gwres atau gwres. Daeth damcaniaeth i'r amlwg bod gwres yn fath penodol o sylwedd (gelwir y sylwedd hwn yn galorig). Ond presenoldeb sylweddau enwyd ni ellir profi calorïau ei fodolaeth. Ers diwedd y 1830au, James Joule (1818‐1889) cynhaliodd arbrawf a chanfod bod mae'r egni cinetig a gollir bob amser yr un fath ag y byddai pe bair yn deillio o.
Dim gwres nac egni cinetigk yn dragwyddol ar wahân. Yr hyn sydd bob amser yn dragwyddol yw cyfanswm yr egni cinetig a'r gwres. Yn seiliedig ar ganlyniadau ei arbrofion, gwnaeth Joule gymhariaeth â throsglwyddo gwres dari gwrthrychau tymheredd uchel (gwrthrychau poeth) ke gwrthrychau tymheredd isel (gwrthrychau oer). Jdaeth Oule i'r casgliad osr ywn ynni sy'ng symud oherwydd gwahaniaethau tymheredd. Dyma'r diffiniad o wres o safbwynt macrosgopig. O safbwynt microsgopig, gellir esbonio gwres gan ddefnyddio damcaniaeth cinetig.
Yn y pwnc damcaniaeth cinetig nwyon, dysgon ni fod tymheredd gwrthrych yn fesur o egni cinetig y moleciwlau sy'n ffurfio'r gwrthrych. Po uchaf yw tymheredd gwrthrych, y mwyaf yw egni cinetig y moleciwlau sy'n ffurfio'r gwrthrych. Mae egni cinetig yn gysylltiedig â chyflymder symudiad. Po fwyaf yw egni cinetig (EK uwch) y moleciwlau, y mwyaf yw cyflymder symudiad (v uwch) y moleciwlau. Os ydym yn cyffwrdd â gwrthrych tymheredd uchel (gwrthrych poeth) â gwrthrych tymheredd isel (gwrthrych oer), mae gwres yn llifo'n awtomatig o'r gwrthrych tymheredd uchel i'r gwrthrych tymheredd isel . Pan fydd tymheredd gwrthrych yn cynyddu, mae egni cinetig y moleciwlau sy'n ffurfio'r gwrthrych yn cynyddu (mae cyflymder symudiad moleciwlaidd yn cynyddu). Gellir dod i'r casgliad mai gwres yw egni cinetig moleciwlau sy'n symud yn gyflym.
Ar ôl gwybod bod gwres yn ynni sy'n symud oherwydd gwahaniaethau tymheredd (diffiniad macrosgopig) neu fod gwres yn ynni cinetig moleciwlau sy'n symud yn gyflym (diffiniad microsgopig), lluniodd gwyddonwyr gyfraith cadwraeth ynni o'r diwedd:
Gall ynni newid o un ffurf i'r llall, symud o un gwrthrych i'r llall, ond nid yw cyfanswm yr ynni byth yn lleihau nac yn cynyddu.
Mae newidiadau yn ffurf ynni yn cynnwys trosglwyddo ynni o un gwrthrych i'r llall. Mae pob trosglwyddiad ynni bob amser yn cyd-fynd ag ymdrech neu waith. Yn seiliedig ar ganlyniadau arbrofion a dadansoddiadau gan wyddonwyr, gwyddys mai gwres mewn gwirionedd yw ynni sy'n cael ei drosglwyddo oherwydd gwahaniaethau mewn tymheredd (dealltwriaeth macrosgopig) neu wres yw ynni cinetig moleciwlau sy'n symud yn gyflym (dealltwriaeth microsgopig). Gallwn ddweud bod gwaith (W) a gwres (Q) yn rhan o drosglwyddo ynni. Cyfraith gyntaf thermodynameg yw cyfraith sy'n egluro trosglwyddo ynni sy'n cynnwys gwres a gwaith. Nid yw gwres a gwaith yn ffurf o ynni , ond dim ond yn rhan o drosglwyddo ynni rhwng gwrthrychau, rhwng gwrthrychau a chreaduriaid byw, neu rhwng creaduriaid byw y maent yn rhan ohoni.
Yng nghyfraith gyntaf thermodynameg, rydym hefyd yn dod i adnabod maint newydd: ynni mewnol (U). Ynni mewnol yw cyfanswm ynni cinetig moleciwlau ac ynni potensial sy'n deillio o'r rhyngweithiadau rhwng yr atomau sy'n ffurfio moleciwl neu'r rhyngweithiadau rhwng y moleciwlau sy'n ffurfio gwrthrych neu greadur byw. Mae pob gwrthrych wedi'i gyfansoddi o atomau neu foleciwlau. Felly, rhaid i bob gwrthrych yn y bydysawd gael ynni mewnol. Bydd pob proses trosglwyddo ynni sy'n cynnwys gwres a gwaith yn arwain at newid mewn ynni mewnol.
