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 sastoji se od nekoliko vrsta, uključujući gravitacijsku energiju, elastičnu energiju i električnu energiju . Kinetička energija sastoji se od dvije vrste: translacijske kinetične energije i rotacijske kinetične energije.
Ukusan, zreo mango ima gravitacijsku potencijalnu energiju dok visi sa svoje stabljike. Isto se događa kada ste na određenoj visini iznad tla, na primjer, na krovu. Objekt posjeduje gravitacijsku potencijalnu energiju zbog svog položaja u odnosu na Zemlju.
Rastegnuta 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.
Osim potencijalne i kinetičke energije koju posjeduje materija velikih dimenzija i koju često vidimo u svakodnevnom životu, postoje i drugi oblici energije. Tu je električna energija, nuklearna energija, kemijska energija itd. Nakon pojave kinetičke teorije, rečeno je da je energija u drugim oblicima (električna energija, kemijska energija itd.) kinetička energija ili potencijalna energija na atomskoj ili molekularnoj razini. Kemijska energija pohranjena u hrani i gorivu smatra se potencijalnom energijom pohranjenom u molekulama, zbog električnih sila između atoma koji čine molekule (također poznatih kao kemijske 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 makroskopskoj razini 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 smanjuje vertikalna udaljenost manga od tla. Ova se energija pretvara u translacijsku kinetičku energiju jer se brzina manga povećava zbog stalnog gravitacijskog ubrzanja. Elastična potencijalna energija pohranjena u rastegnutoj praćki može se pretvoriti u translacijsku 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 mikroskopskoj razini 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 atomskoj ili molekularnoj razini.
Promjene oblika 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 mijenja se u translacijsku kinetičku energiju strijele. Istovremeno, energija se prenosi s luka na strijelu. Kada gurate zaustavljeni motocikl, kemijska potencijalna energija u vašem tijelu mijenja se u translacijsku kinetičku energiju motocikla. Istovremeno, energija se prenosi s vas na motocikl. Voda na vrhu brane ima gravitacijsku potencijalnu energiju. Kada voda pada, njezina gravitacijska potencijalna energija mijenja se u njezinu translacijsku kinetičku energiju. Padajuća voda zatim pokreće turbinu. Kada voda pokreće turbinu, njezina translacijska kinetička energija mijenja se u njezinu rotacijsku kinetičku energiju. Istovremeno, energija se prenosi s vode na turbinu.
Rad se uvijek obavlja pri prijenosu energije.
U svakom od prethodno spomenutih primjera , prijenos energije uvijek je popraćen 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. Kad se ne bi obavljao nikakav rad, strijela se ne bi mogla pomicati kada se luk otpusti, niti bi se pokvareni motocikl pomicao kada se gura. Isto vrijedi i za turbinu. Ali u stvarnosti, strijela, pokvareni 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, znanstvenici nisu uspjeli zaključiti da se energija očuvava. Znanstvenike zbunjuje postojanje topline. Toplina se uvijek javlja zbog trenja. Na primjer, gurate blok koji je na podu. Kada gurnete blok, kemijska potencijalna energija u vašem tijelu mijenja oblik u translacijsku 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 pomicanja, blok se obično zaustavi. Blok se zaustavlja zbog trenja. Gdje ima trenja, ima i topline. Pokušajte protrljati dlanove jedan o drugi. Dlanovi su vam topli, zar ne ? Isto se događa i s blokom. Površina poda i baza bloka postaju topli zbog trenja. Trenje se naziva i disipativna sila jer smanjuje ili eliminira ukupnu mehaničku energiju (mehanička energija = potencijalna energija + kinetička energija). U ovom slučaju, sila trenja eliminira translacijsku kinetičku energiju bloka. Translacijska kinetička energija bloka dolazi od kemijske potencijalne energije.
Kalorije
SPrije devetnaestog stoljeća nijedan znanstvenik nije znao apa itu toplina ili toplina. Pojavila se teorija da je toplina određena vrsta tvari (ta se tvar naziva kalorijska). Ali prisutnost tvari bernama kalorijski se ne može dokazati njegovo postojanje. Od akhir tahun 1830, James Joule (1818‐1889) proveo je eksperiment i otkrio da Izgubljena kinetička energija je uvijek ista kao da jer koji proizlaze iz.
Ni toplina ni kinetička energijak su vječni odvojeno. Ono što je uvijek vječno je ukupna količina kinetičke energije i topline. Na temelju rezultata svojih eksperimenata, Joule je napravio usporedbu s prijenosom topline Dari predmeti visoke temperature (vrući predmeti) ke objekti niske temperature (hladni objekti). JOule je zaključio da akor jen energija kojag kretanje zbog temperaturnih razlika. To je definicija topline s makroskopskog gledišta. S mikroskopskog gledišta, toplina se može objasniti koristeći kinetičku teoriju.
U temi kinetičke teorije plinova naučili smo da je temperatura objekta mjera kinetičke energije molekula koje ga čine. Što je temperatura objekta viša, to je veća kinetička energija molekula koje ga čine. Kinetička energija povezana je s brzinom gibanja. Što je veća kinetička energija (veći EK) molekula, to je veća brzina gibanja (veći v) molekula. Ako dodirnemo objekt visoke temperature (vrući objekt) s objektom niske temperature (hladnim objektom), toplina automatski teče s objekta visoke temperature na objekt niske temperature . Kada se temperatura objekta poveća, kinetička energija molekula koje ga čine povećava se (brzina molekularnog gibanja se povećava). Može se zaključiti da je toplina kinetička energija molekula koje se brzo kreću.
Nakon što su saznali da je toplina energija koja se kreće zbog temperaturnih razlika (makroskopska definicija) ili da je toplina kinetička energija molekula koje se brzo kreću (mikroskopska definicija), znanstvenici su konačno formulirali zakon o očuvanju 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 oblika energije uključuju prijenos energije s jednog objekta na drugi. Svaki prijenos energije uvijek je popraćen naporom ili radom. Na temelju rezultata eksperimenata i analiza znanstvenika, poznato je da je toplina zapravo energija koja se prenosi zbog razlika u temperaturi (makroskopsko razumijevanje) ili je toplina kinetička energija brzo pokretnih molekula (mikroskopsko razumijevanje). Možemo reći da su rad (W) i toplina (Q) uključeni u prijenos energije. Prvi zakon termodinamike je zakon koji objašnjava prijenos energije koji uključuje toplinu i rad. Toplina 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: unutarnjom energijom (U). Unutarnja energija je ukupna kinetička energija molekula i potencijalna energija koja proizlazi iz interakcija između atoma koji čine molekulu ili interakcija između molekula koje čine objekt ili živo biće. Svaki objekt sastoji se od atoma ili molekula. Stoga svaki objekt u svemiru mora imati unutarnju energiju. Svaki proces prijenosa energije koji uključuje toplinu i rad rezultirat će promjenom unutarnje energije.
