Grein um lögmálið um varðveislu orku
Orkuform
Í daglegu lífi okkar eru margar gerðir af orku. Í umræðunni um vinnu og orku höfum við kynnst tveimur gerðum vélrænnar orku: stöðuorku og hreyfiorku . Stöðuorka samanstendur af nokkrum gerðum, þar á meðal þyngdarorku, teygjanlegri orku og raforku . Hreyfiorka samanstendur af tveimur gerðum: færsluhreyfiorku og snúningshreyfiorku.
Ljúffengt, þroskað mangó hefur þyngdarorku þar sem það hangir á stilknum. Hið sama gerist þegar þú ert í ákveðinni hæð yfir jörðu, til dæmis á þaki. Hlutur hefur þyngdarorku vegna stöðu sinnar miðað við jörðina.
Teygt teygjuband í slöngvu hefur teygjanlega orku. Slangan getur skotið steini vegna teygjanlegrar orku sem er í teygða teygjubandinu. Á sama hátt getur bogi sem bogmaður dregur knúið áfram ör vegna teygjanlegrar orku sem er í teygða boganum.
Auk þeirrar stöðuorku og hreyfiorku sem stór efni búa yfir og við sjáum oft í daglegu lífi, eru einnig til aðrar tegundir orku. Það er raforka, kjarnorka, efnaorka o.s.frv. Eftir tilkomu hreyfiorkukenningarinnar var sagt að orka í öðrum myndum (raforka, efnaorka o.s.frv.) væri hreyfiorka eða stöðuorka á atóm- eða sameindastigi. Efnaorkan sem geymd er í matvælum og eldsneyti er talin stöðuorka sem geymd er í sameindum, vegna rafkrafta milli atómanna sem mynda sameindirnar (einnig þekkt sem efnatengi). Raforka, segulorka og kjarnorka geta einnig talist hreyfiorka eða stöðuorka á atómstigi.
Breytingar á orkuformi
Það er mikilvægt að hafa í huga að orka getur breyst úr einu formi í annað. Á makróskópísku stigi má finna ótal dæmi um orkubreytingar. Mangó sem hangir á stilk sínum býr yfir þyngdarorku. Þegar mangóið fellur til jarðar minnkar stöðuorka þess á leið sinni að jörðinni. Þegar það byrjar að falla minnkar stöðuorkan vegna þess að lóðrétt fjarlægð mangósins frá jörðinni minnkar. Þessi orka umbreytist í hreyfiorku vegna þess að hraði mangósins eykst vegna stöðugrar þyngdarhröðunar. Teygjanleg stöðuorka sem geymd er í teygðri slöngvu getur umbreyst í hreyfiorku steins þegar togkraftur slöngvunnar losnar... boginn bogi býr einnig yfir teygjanlegri stöðuorku.
Teygjanleg stöðuorka í bognum boga er hægt að umbreyta í hreyfiorku örvarinnar. Á smásjárstigi má einnig finna dæmi um orkubreytingar. Þegar kveikt er á neonljósi er raforka samtímis umbreytt í ljósorku. Annað dæmi er umbreyting raforku í snúningshreyfiorku (viftu) o.s.frv. Þetta ferli umbreytingar raforku er í raun af völdum breytinga á stöðuorku og hreyfiorku á atóm- eða sameindastigi.
Breytingar á orkuformi fela venjulega í sér flutning orku frá einum hlut til annars.
Orkubreytingar fela venjulega í sér flutning orku frá einum hlut til annars. Boginn bogi hefur teygjanlega stöðuorku. Þegar boginn er togaður breytist teygjanleg stöðuorka bogans í hreyfiorku örvarinnar. Á sama tíma flyst orka frá boganum til örvarinnar. Þegar þú ýtir á kyrrstætt mótorhjól breytist efnafræðileg stöðuorka í líkama þínum í hreyfiorku mótorhjólsins. Á sama tíma flyst orka frá þér til mótorhjólsins. Vatn efst í stíflu hefur þyngdarorku. Þegar vatn fellur breytist þyngdarorka þess í hreyfiorku. Fallandi vatnið knýr síðan túrbínu. Þegar vatnið knýr túrbínuna breytist hreyfiorka þess í snúningshreyfiorku. Á sama tíma flyst orka frá vatninu til túrbínunnar.
Vinna er alltaf unnin þegar orka flyst.
Í hverju dæmanna sem rædd hafa verið hér að ofan fylgir orkuflutningur alltaf áreynsla. Þegar orka færist frá boganum að örinni vinnur boginn á örina. Þegar orka færist frá þér að mótorhjólinu vinnur þú á mótorhjólið. Þegar orka færist frá vatninu að túrbínunni vinnur vatnið á túrbínuna. Ef engin vinna væri unnin væri ómögulegt fyrir örina að hreyfast þegar boganum er sleppt, né heldur myndi bilað mótorhjól hreyfast þegar ýtt er á það. Hið sama gildir um túrbínuna. En í raun og veru hreyfast örin, bilaða mótorhjólið og túrbínan . Hægt er að álykta að áreynsla (W) er alltaf unnin þegar orka færist frá einum hlut til annars.
Þótt vísindamenn viti að orka breytir alltaf um form frá einum hlut til annars hafa þeir ekki getað ályktað að orka varðveitist . Vísindamenn eru ruglaðir yfir tilvist hita. Hiti birtist alltaf vegna núnings. Til dæmis ýtir þú á kubb sem er á gólfinu. Þegar þú ýtir á kubbinn breytir efnafræðilega stöðuorka líkamans um form í hreyfiorku kubbsins. Á sama tíma flyst orka frá þér til kubbsins. Þegar orka flyst frá þér til kubbsins vinnur þú vinnu á kubbnum (W = Fs). Auðvitað hreyfist kubburinn.
Eftir að hafa fært sig stoppar kubburinn venjulega. Kubburinn stoppar vegna núnings. Þar sem núningur er, þar er hiti. Prófaðu að nudda lófunum saman. Lófarnir þínir finnast hlýir, ekki satt ? Það sama gerist við kubbinn. Yfirborð gólfsins og botn kubbsins hlýna vegna núnings. Núningur er einnig kallaður dreifingarkraftur vegna þess að hann dregur úr eða útilokar heildarvélræna orkuna (vélorka = stöðuorka + hreyfiorka). Í þessu tilfelli útilokar núningskrafturinn hreyfiorku kubbsins sem myndast við þýðingu. Hreyfiorka kubbsins kemur frá efnafræðilegri stöðuorku.
Hitaeiningar
SFyrir nítjándu öld vissi enginn vísindamaður Hvað er það? hita atau hiti. Kenning kom fram um að hiti væri ákveðin tegund efnis (þetta efni kallast hitaeining). En nærvera efna bernama Ekki er hægt að sanna hitaeiningar tilvist þess. Síðan akhir tahun 1830, James Joule (1818‐1889) framkvæmdi tilraun og komst að því að Hreyfiorkan sem tapast er alltaf sú sama og efr sem leiðir af.
Hvorki hiti né hreyfiorkak eru eilíf hvert í sínu lagi. Það sem er alltaf eilíft er heildarmagn hreyfiorku og varma. Joule gerði samanburð við varmaflutning út frá niðurstöðum tilrauna sinna. dari hlutir með háan hita (heitir hlutir) ke Hlutir með lágan hita (kaldir hlutir). JOule komst að þeirri niðurstöðu að efr ern orka semg hreyfing vegna hitamismunar. Þetta er skilgreiningin á hita frá makróskópísku sjónarmiði. Frá smásjársjónarmiði, Hægt er að útskýra hita með því að nota hreyfifræði.
Í efninu um hreyfiorku lofttegunda lærðum við að hitastig hlutar er mælikvarði á hreyfiorku sameindanna sem mynda hlutinn. Því hærra sem hitastig hlutar er, því meiri er hreyfiorka sameindanna sem mynda hlutinn. Hreyfiorka tengist hreyfihraða. Því meiri sem hreyfiorka (hærri EK) sameindanna er, því meiri er hreyfihraði (hærri v) sameindanna. Ef við snertum hlut með háan hita (heitan hlut) við hlut með lágan hita (kaldan hlut), þá streymir varmi sjálfkrafa frá hlutnum með háan hita til hlutarins með lágan hita . Þegar hitastig hlutar hækkar eykst hreyfiorka sameindanna sem mynda hlutinn (hraði sameindahreyfingarinnar eykst). Hægt er að álykta að varmi sé hreyfiorka hraðhreyfanlegra sameinda.
Eftir að hafa vitað að hiti er orka sem hreyfist vegna hitamismunar (makróskópísk skilgreining) eða að hiti er hreyfiorka hraðhreyfanlegra sameinda (smásjárskilgreining), settu vísindamenn loksins fram lögmálið um varðveislu orku:
Orka getur breyst úr einu formi í annað, færst úr einum hlut í annan, en heildarorkan minnkar né eykst.
Breytingar á orkuformi fela í sér orkuflutning frá einum hlut til annars. Sérhver orkuflutningur fylgir alltaf áreynsla eða vinna. Byggt á niðurstöðum tilrauna og greininga vísindamanna er vitað að hiti er í raun orka sem flyst vegna mismunandi hitastigs (makróskópísk skilningur) eða hiti er hreyfiorka hraðvirkra sameinda (smásjárskilningur). Við getum sagt að vinna (W) og hiti (Q) taki þátt í orkuflutningi. Fyrsta lögmál varmafræðinnar er lögmál sem útskýrir orkuflutning sem felur í sér varma og vinnu. Hiti og vinna eru ekki form orku , heldur taka þau aðeins þátt í orkuflutningi milli hluta, milli hluta og lifandi vera, eða milli lifandi vera.
Í fyrsta lögmáli varmafræðinnar kynnumst við einnig nýrri stærð: innri orku (U). Innri orka er heildarhreyfiorka sameinda og hugsanleg orka sem stafar af víxlverkunum milli atómanna sem mynda sameind eða víxlverkunum milli sameindanna sem mynda hlut eða lifandi verur. Sérhver hlutur er samsettur úr atómum eða sameindum. Þess vegna verður sérhver hlutur í alheiminum að hafa innri orku. Sérhver orkuflutningsferli sem felur í sér varma og vinnu mun leiða til breytinga á innri orku.
