Artikel om loven om energibevarelse
Energiformer
I vores dagligdag findes der mange former for energi. I emnet arbejde og energi er vi blevet introduceret til to former for mekanisk energi: potentiel energi og kinetisk energi . Potentiel energi består af flere typer, herunder gravitationel energi, elastisk energi og elektrisk energi . Kinetisk energi består af to typer: translationel kinetisk energi og rotationskinetisk energi.
En lækker, moden mango har gravitationel potentiel energi, når den hænger fra sin stilk. Det samme sker, når man er i en bestemt højde over jorden, for eksempel på et tag. Et objekt besidder gravitationel potentiel energi på grund af sin position i forhold til Jorden.
Den strakte elastik i en slangebøsse besidder elastisk potentiel energi. Slangebøssen kan affyre en sten på grund af den elastiske potentielle energi, der er indeholdt i den strakte elastik. På samme måde kan en bue trukket af en bueskytte fremdrive en pil på grund af den elastiske potentielle energi, der er indeholdt i den strakte bue.
Ud over den potentielle og kinetiske energi, som store stoffer besidder, og som vi ofte ser i hverdagen, findes der også andre former for energi. Der er elektrisk energi, kerneenergi, kemisk energi osv. Efter fremkomsten af kinetisk teori blev det sagt, at energi i andre former (elektrisk energi, kemisk energi osv.) er kinetisk energi eller potentiel energi på atom- eller molekylært niveau. Den kemiske energi, der er lagret i fødevarer og brændstof, betragtes som potentiel energi lagret i molekyler på grund af de elektriske kræfter mellem de atomer, der udgør molekylerne (også kendt som kemiske bindinger). Elektrisk energi, magnetisk energi og kerneenergi kan også betragtes som kinetisk energi eller potentiel energi på atomær skala.
Ændringer i energiform
Det er vigtigt at bemærke, at energi kan ændre sig fra én form til en anden. På makroskopisk niveau kan vi finde utallige eksempler på energitransformationer. En mango, der hænger fra sin stilk, besidder gravitationel potentiel energi. Når mangoen falder til jorden, falder dens potentielle energi langs dens bane mod jorden. Når den begynder at falde, falder den potentielle energi, fordi mangoens lodrette afstand fra jorden mindskes. Denne energi omdannes til translationel kinetisk energi, fordi mangoens hastighed øges på grund af den konstante gravitationsacceleration. Den elastiske potentielle energi, der er lagret i en strakt slangebøsse, kan omdannes til en stens translationelle kinetiske energi, når slangebøssens træk slippes... en buet bue besidder også elastisk potentiel energi.
Den elastiske potentielle energi i en buet bue kan omdannes til pilens translationelle kinetiske energi. På mikroskopisk niveau kan vi også finde eksempler på energitransformationer. Når man tænder et neonlys, omdannes elektrisk energi samtidig til lysenergi. Et andet eksempel er omdannelsen af elektrisk energi til rotationskinetisk energi (en ventilator) osv. Denne proces med at omdanne elektrisk energi er faktisk forårsaget af ændringen mellem potentiel energi og kinetisk energi på atom- eller molekylært niveau.
Ændringer i energiform involverer normalt overførsel af energi fra et objekt til et andet.
Energitransformationer involverer typisk overførsel af energi fra et objekt til et andet. En buet bue har elastisk potentiel energi. Når buen trækkes, ændres buens elastiske potentielle energi til pilens translationelle kinetiske energi. Samtidig overføres energi fra buen til pilen. Når du skubber en motorcykel, der er gået i stå, ændres den kemiske potentielle energi i din krop til motorcyklens translationelle kinetiske energi. Samtidig overføres energi fra dig til motorcyklen. Vand på toppen af en dæmning har gravitationel potentiel energi. Når vand falder, ændres dets gravitationelle potentielle energi til dets translationelle kinetiske energi. Det faldende vand driver derefter en turbine. Når vandet driver turbinen, ændres dets translationelle kinetiske energi til dets rotationelle kinetiske energi. Samtidig overføres energi fra vandet til turbinen.
Der udføres altid arbejde, når energi overføres.
I hvert af de tidligere omtalte eksempler ledsages energioverførslen altid af en kraft. Når energi bevæger sig fra buen til pilen, udfører buen arbejde på pilen. Når energi bevæger sig fra dig til motorcyklen, udfører du arbejde på motorcyklen. Når energi bevæger sig fra vandet til turbinen, udfører vandet arbejde på turbinen. Hvis der ikke blev udført noget arbejde, ville det være umuligt for pilen at bevæge sig, når buen slippes, og en nedbrudt motorcykel ville heller ikke bevæge sig, når den skubbes. Det samme gælder for turbinen. Men i virkeligheden bevæger pilen, den nedbrudte motorcykel og turbinen sig . Det kan konkluderes, at der altid udføres en kraft (W), når energi bevæger sig fra et objekt til et andet.
Selvom de ved, at energi altid skifter form fra et objekt til et andet, har forskere ikke været i stand til at konkludere, at energi er bevaret. Forskere er forvirrede over eksistensen af varme. Varme opstår altid på grund af friktion. For eksempel skubber du til en blok, der ligger på gulvet. Når du skubber til blokken, ændrer den kemiske potentielle energi i din krop form til blokkens translationelle kinetiske energi. Samtidig overføres energi fra dig til blokken. Når energi overføres fra dig til blokken, udfører du arbejde på blokken (W = Fs). Selvfølgelig bevæger blokken sig.
Efter bevægelse stopper blokken normalt. Blokken stopper på grund af friktion. Hvor der er friktion, er der varme. Prøv at gnide dine håndflader mod hinanden. Dine håndflader føles varme, ikke ? Det samme sker med blokken. Gulvets overflade og blokkens bund bliver varme på grund af friktion. Friktion kaldes også en dissipativ kraft, fordi den reducerer eller eliminerer den samlede mekaniske energi (mekanisk energi = potentiel energi + kinetisk energi). I dette tilfælde eliminerer friktionskraften blokkens translationelle kinetiske energi. Blokkens translationelle kinetiske energi kommer fra kemisk potentiel energi.
Kalorie
SFør det nittende århundrede vidste ingen videnskabsmand, apa itu kalorieindhold atau varme. En teori opstod om, at varme er en bestemt type stof (dette stof kaldes kalorisk). Men tilstedeværelsen af stoffer bernama kalorieindhold kan ikke bevises dens eksistens. Siden akhir tahun 1830, James Joule (1818‐1889) udførte et eksperiment og fandt ud af, at Den kinetiske energi, der går tabt, er altid den samme, som hvisr som følge af.
Hverken varme eller kinetisk energik er evige separat. Det, der altid er evigt, er den samlede mængde kinetisk energi og varme. Baseret på resultaterne af sine eksperimenter foretog Joule en sammenligning med varmeoverførsel dari genstande med høj temperatur (varme genstande) ke genstande med lav temperatur (kolde genstande). JOule konkluderede, at hvisr ern energi, derg bevægelse på grund af temperaturforskelle. Dette er definitionen af varme fra et makroskopisk synspunkt. Fra et mikroskopisk synspunkt, varme kan forklares ved hjælp af kinetisk teori.
I emnet kinetisk gasteori lærte vi, at temperaturen af et objekt er et mål for den kinetiske energi af de molekyler, der udgør objektet. Jo højere temperaturen af et objekt er, desto større er den kinetiske energi af de molekyler, der udgør objektet. Kinetisk energi er relateret til bevægelseshastigheden. Jo større molekylernes kinetiske energi (højere EK) er, desto større er molekylernes bevægelseshastighed (højere v). Hvis vi berører et objekt med høj temperatur (varmt objekt) med et objekt med lav temperatur (koldt objekt), strømmer varme automatisk fra objektet med høj temperatur til objektet med lav temperatur . Når temperaturen af et objekt stiger, øges den kinetiske energi af de molekyler, der udgør objektet (hastigheden af molekylernes bevægelse øges). Det kan konkluderes , at varme er den kinetiske energi af hurtigt bevægende molekyler.
Efter at have vidst, at varme er energi, der bevæger sig på grund af temperaturforskelle (makroskopisk definition), eller at varme er den kinetiske energi af hurtigt bevægende molekyler (mikroskopisk definition), formulerede forskerne endelig loven om energibevarelse:
Energi kan ændre sig fra én form til en anden, bevæge sig fra et objekt til et andet, men den samlede energi falder eller stiger aldrig.
Ændringer i energiform involverer overførsel af energi fra et objekt til et andet. Enhver energioverførsel ledsages altid af indsats eller arbejde. Baseret på resultaterne af eksperimenter og analyser foretaget af forskere er det kendt, at varme faktisk er energi, der overføres på grund af temperaturforskelle (makroskopisk forståelse), eller at varme er den kinetiske energi af hurtigt bevægende molekyler (mikroskopisk forståelse). Vi kan sige, at arbejde (W) og varme (Q) er involveret i energioverførsel. Termodynamikkens første lov er en lov, der forklarer energioverførsel, der involverer varme og arbejde. Varme og arbejde er ikke en form for energi , men er kun involveret i energioverførsel mellem objekter, mellem objekter og levende væsner eller mellem levende væsner.
I termodynamikkens første lov stifter vi også bekendtskab med en ny størrelse: indre energi (U). Indre energi er den samlede kinetiske energi af molekyler og potentielle energi, der opstår fra vekselvirkningerne mellem de atomer, der udgør et molekyle, eller vekselvirkningerne mellem de molekyler, der udgør et objekt eller et levende væsen. Ethvert objekt er sammensat af atomer eller molekyler. Derfor skal ethvert objekt i universet have indre energi. Enhver energioverførselsproces, der involverer varme og arbejde, vil resultere i en ændring i den indre energi.
