Artikel über das Gesetz der Energieerhaltung
Energieformen
Im Alltag begegnen uns viele Energieformen. Im Zusammenhang mit Arbeit und Energie haben wir zwei Formen mechanischer Energie kennengelernt: potenzielle und kinetische Energie . Potenzielle Energie umfasst verschiedene Arten, darunter Gravitationsenergie, elastische Energie und elektrische Energie . Kinetische Energie lässt sich in translatorische und rotatorische kinetische Energie unterteilen.
Eine köstliche, reife Mango besitzt potenzielle Energie, solange sie an ihrem Stiel hängt. Dasselbe gilt, wenn man sich in einer bestimmten Höhe über dem Boden befindet, beispielsweise auf einem Dach. Ein Objekt besitzt potenzielle Energie aufgrund seiner Position relativ zur Erde.
Das gespannte Gummiband einer Steinschleuder besitzt elastische potenzielle Energie. Die Steinschleuder kann einen Stein aufgrund dieser elastischen potenziellen Energie abschießen. Ähnlich verhält es sich mit einem gespannten Bogen, der einen Pfeil abschießt – auch hier spielt die elastische potenzielle Energie des gespannten Bogens eine Rolle.
Neben der potenziellen und kinetischen Energie, die große Materie besitzt und die wir im Alltag häufig beobachten, gibt es weitere Energieformen. Dazu gehören elektrische, nukleare und chemische Energie. Nach der Entwicklung der kinetischen Gastheorie wurde angenommen, dass Energie in anderen Formen (elektrische, chemische usw.) auf atomarer oder molekularer Ebene kinetische oder potenzielle Energie darstellt. Die in Nahrungsmitteln und Brennstoffen gespeicherte chemische Energie wird als potenzielle Energie betrachtet, die in Molekülen aufgrund der elektrischen Kräfte zwischen den Atomen (auch chemische Bindungen genannt) gespeichert ist. Auch elektrische, magnetische und nukleare Energie können auf atomarer Ebene als kinetische oder potenzielle Energie betrachtet werden.
Veränderungen der Energieform
Es ist wichtig zu verstehen, dass Energie von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Auf makroskopischer Ebene finden sich unzählige Beispiele für Energieumwandlungen. Eine Mango, die an ihrem Stiel hängt, besitzt potenzielle Energie. Während die Mango zu Boden fällt, nimmt ihre potenzielle Energie auf dem Weg dorthin ab. Zu Beginn des Falls verringert sich die potenzielle Energie, da der vertikale Abstand der Mango zum Boden abnimmt. Diese Energie wandelt sich in translatorische kinetische Energie um, da die Geschwindigkeit der Mango aufgrund der konstanten Gravitationsbeschleunigung zunimmt. Die in einer gespannten Steinschleuder gespeicherte elastische potenzielle Energie kann sich in translatorische kinetische Energie eines Steins umwandeln, wenn die Schleuder losgelassen wird. Auch ein gebogener Bogen besitzt elastische potenzielle Energie.
Die elastische potenzielle Energie eines gebogenen Bogens kann in die translatorische kinetische Energie des Pfeils umgewandelt werden. Auch auf mikroskopischer Ebene finden sich Beispiele für Energieumwandlungen. Beim Einschalten einer Neonröhre wird elektrische Energie gleichzeitig in Lichtenergie umgewandelt. Ein weiteres Beispiel ist die Umwandlung von elektrischer Energie in Rotationsenergie (z. B. bei einem Ventilator). Dieser Prozess der Umwandlung elektrischer Energie wird durch die Umwandlung von potenzieller in kinetische Energie auf atomarer oder molekularer Ebene verursacht.
Bei Energieumwandlungen geht es üblicherweise um die Übertragung von Energie von einem Objekt auf ein anderes.
Energieumwandlungen beinhalten typischerweise die Übertragung von Energie von einem Objekt auf ein anderes. Ein gebogener Bogen besitzt elastische potenzielle Energie. Beim Spannen des Bogens wandelt sich diese elastische potenzielle Energie in die translatorische kinetische Energie des Pfeils um. Gleichzeitig wird Energie vom Bogen auf den Pfeil übertragen. Schiebt man ein liegengebliebenes Motorrad an, wandelt sich die chemische potenzielle Energie im Körper in die translatorische kinetische Energie des Motorrads um. Gleichzeitig wird Energie vom Fahrer auf das Motorrad übertragen. Wasser auf der Krone eines Staudamms besitzt potenzielle Energie. Beim Herabfallen wandelt sich diese potenzielle Energie in translatorische kinetische Energie um. Das herabfallende Wasser treibt dann eine Turbine an. Beim Antrieb der Turbine wandelt sich die translatorische kinetische Energie des Wassers in Rotationsenergie um. Gleichzeitig wird Energie vom Wasser auf die Turbine übertragen.
Arbeit wird immer dann verrichtet, wenn Energie übertragen wird.
In allen zuvor besprochenen Beispielen ist die Energieübertragung stets mit Kraftaufwand verbunden. Wenn Energie vom Bogen auf den Pfeil übertragen wird, verrichtet der Bogen Arbeit am Pfeil. Wenn Energie von Ihnen auf das Motorrad übertragen wird, verrichten Sie Arbeit am Motorrad. Wenn Energie vom Wasser auf die Turbine übertragen wird, verrichtet das Wasser Arbeit an der Turbine. Würde keine Arbeit verrichtet, könnte sich der Pfeil beim Loslassen des Bogens nicht bewegen, und ein defektes Motorrad würde sich beim Anschieben nicht bewegen. Dasselbe gilt für die Turbine. Doch in Wirklichkeit bewegen sich der Pfeil, das defekte Motorrad und die Turbine . Daraus lässt sich schließen, dass immer Kraftaufwand (W) verrichtet wird, wenn Energie von einem Objekt auf ein anderes übertragen wird.
Obwohl bekannt ist, dass Energie stets von einem Objekt auf ein anderes übertragen wird , konnten Wissenschaftler bisher nicht beweisen, dass Energie erhalten bleibt . Die Existenz von Wärme gibt ihnen Rätsel auf. Wärme entsteht immer durch Reibung. Schiebt man beispielsweise einen Block vom Boden, wandelt sich die chemische potenzielle Energie des Körpers in die translatorische kinetische Energie des Blocks um. Gleichzeitig wird Energie vom Körper auf den Block übertragen. Dabei verrichtet man Arbeit am Block (W = Fs). Der Block bewegt sich natürlich.
Nach der Bewegung kommt der Block normalerweise zum Stillstand. Der Block kommt aufgrund von Reibung zum Stillstand. Wo Reibung ist, entsteht Wärme. Reiben Sie einmal Ihre Handflächen aneinander. Ihre Handflächen fühlen sich warm an, nicht wahr ? Dasselbe passiert mit dem Block. Die Oberfläche des Bodens und die Unterseite des Blocks erwärmen sich durch die Reibung. Reibung wird auch als dissipative Kraft bezeichnet, da sie die gesamte mechanische Energie reduziert oder aufhebt (mechanische Energie = potenzielle Energie + kinetische Energie). In diesem Fall eliminiert die Reibungskraft die translatorische kinetische Energie des Blocks. Die translatorische kinetische Energie des Blocks stammt aus der chemischen potenziellen Energie.
Kalorie
SVor dem 19. Jahrhundert wusste kein Wissenschaftler davon. Apa itu Kalor atau Wärme. Es entstand die Theorie, dass Wärme eine bestimmte Art von Substanz ist (diese Substanz wird als kalorisch bezeichnet). Aber das Vorhandensein von Substanzen genannt Der Kaloriengehalt kann nicht bewiesen werden. seine Existenz. Schon seit Ende der 1830er Jahre, James Joule (1818–1889)) führten ein Experiment durch und stellten fest, dass Der Verlust an kinetischer Energie ist immer derselbe, als obr resultierend aus.
Weder Wärme noch kinetische Energiek Die einzelnen Größen sind ewig. Was jedoch immer ewig ist, ist die Gesamtmenge an kinetischer Energie und Wärme. Basierend auf den Ergebnissen seiner Experimente zog Joule einen Vergleich mit dem Wärmetransfer. dari Hochtemperaturgegenstände (heiße Gegenstände) ke Objekte mit niedriger Temperatur (kalte Objekte). JOule schloss daraus, dass wennr Istn Energieg Bewegung aufgrund von Temperaturunterschieden. Das ist die Definition von Wärme aus makroskopischer Sicht. Aus mikroskopischer Sicht, Wärme lässt sich erklären unter Anwendung der kinetischen Gastheorie.
Im Rahmen der kinetischen Gastheorie haben wir gelernt, dass die Temperatur eines Objekts ein Maß für die kinetische Energie der Moleküle ist, aus denen das Objekt besteht. Je höher die Temperatur eines Objekts, desto größer ist die kinetische Energie seiner Moleküle. Kinetische Energie hängt mit der Bewegungsgeschwindigkeit zusammen. Je größer die kinetische Energie (höheres ΔK) der Moleküle, desto größer ist ihre Bewegungsgeschwindigkeit (höheres v). Berührt man ein heißes Objekt mit einem kalten Objekt, fließt automatisch Wärme vom heißen zum kalten Objekt . Steigt die Temperatur eines Objekts, erhöht sich die kinetische Energie seiner Moleküle (die Geschwindigkeit ihrer Bewegung nimmt zu). Daraus lässt sich schließen , dass Wärme die kinetische Energie schnell bewegter Moleküle ist.
Nachdem man erkannt hatte, dass Wärme Energie ist, die sich aufgrund von Temperaturunterschieden bewegt (makroskopische Definition), oder dass Wärme die kinetische Energie sich schnell bewegender Moleküle ist (mikroskopische Definition), formulierten Wissenschaftler schließlich das Gesetz der Energieerhaltung:
Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden, von einem Objekt auf ein anderes übertragen werden, aber die Gesamtenergie nimmt niemals ab oder zu.
Energieumwandlungen beinhalten die Übertragung von Energie von einem Objekt auf ein anderes. Jede Energieübertragung ist mit Aufwand oder Arbeit verbunden. Experimente und wissenschaftliche Analysen zeigen, dass Wärme entweder Energie ist, die aufgrund von Temperaturunterschieden übertragen wird (makroskopisch betrachtet), oder die kinetische Energie schnell bewegter Moleküle (mikroskopisch betrachtet). Arbeit (W) und Wärme (Q) sind an der Energieübertragung beteiligt. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik erklärt die Übertragung von Energie in Form von Wärme und Arbeit. Wärme und Arbeit sind keine Energieformen , sondern spielen eine Rolle bei der Energieübertragung zwischen Objekten, zwischen Objekten und Lebewesen oder zwischen Lebewesen.
Im ersten Hauptsatz der Thermodynamik lernen wir eine neue Größe kennen: die innere Energie (U). Die innere Energie ist die Summe der kinetischen Energie von Molekülen und der potenziellen Energie, die aus den Wechselwirkungen zwischen den Atomen eines Moleküls oder den Molekülen eines Objekts oder Lebewesens entsteht. Jedes Objekt besteht aus Atomen oder Molekülen. Daher muss jedes Objekt im Universum innere Energie besitzen. Jeder Energietransferprozess, der Wärme und Arbeit beinhaltet, führt zu einer Änderung der inneren Energie.
