Articolo sulla legge di conservazione dell'energia
Forme di energia
Nella nostra vita quotidiana, esistono molte forme di energia. Nell'ambito del tema lavoro ed energia, abbiamo introdotto due forme di energia meccanica: l'energia potenziale e l'energia cinetica . L'energia potenziale si compone di diversi tipi, tra cui l'energia gravitazionale, l'energia elastica e l'energia elettrica . L'energia cinetica si compone di due tipi: l'energia cinetica traslazionale e l'energia cinetica rotazionale.
Un mango maturo e delizioso possiede energia potenziale gravitazionale poiché pende dal suo gambo. La stessa cosa accade quando ci si trova a una certa altezza dal suolo, ad esempio su un tetto. Un oggetto possiede energia potenziale gravitazionale in virtù della sua posizione rispetto alla Terra.
L'elastico di una fionda, una volta teso, possiede energia potenziale elastica. Grazie a questa energia, la fionda è in grado di lanciare una pietra. Allo stesso modo, un arco teso da un arciere può scagliare una freccia grazie all'energia potenziale elastica contenuta nell'elastico stesso.
Oltre all'energia potenziale e cinetica posseduta dalla materia macroscopica, che osserviamo spesso nella vita di tutti i giorni, esistono anche altre forme di energia. Si pensi all'energia elettrica, all'energia nucleare, all'energia chimica, ecc. Con l'avvento della teoria cinetica, si è affermato che l'energia in altre forme (energia elettrica, energia chimica, ecc.) è energia cinetica o potenziale a livello atomico o molecolare. L'energia chimica immagazzinata negli alimenti e nei combustibili è considerata energia potenziale immagazzinata nelle molecole, a causa delle forze elettriche tra gli atomi che le compongono (note anche come legami chimici). Anche l'energia elettrica, l'energia magnetica e l'energia nucleare possono essere considerate energia cinetica o potenziale a livello atomico.
Cambiamenti nella forma dell'energia
È importante notare che l'energia può trasformarsi da una forma all'altra. A livello macroscopico, possiamo trovare innumerevoli esempi di trasformazioni energetiche. Un mango appeso al suo gambo possiede energia potenziale gravitazionale. Mentre il mango cade a terra, la sua energia potenziale diminuisce lungo la sua traiettoria verso il suolo. All'inizio della caduta, l'energia potenziale diminuisce perché la distanza verticale del mango dal suolo si riduce. Questa energia si trasforma in energia cinetica traslazionale perché la velocità del mango aumenta a causa della costante accelerazione gravitazionale. L'energia potenziale elastica immagazzinata in una fionda tesa può trasformarsi in energia cinetica traslazionale di una pietra quando la tensione della fionda viene rilasciata... anche un arco curvo possiede energia potenziale elastica.
L'energia potenziale elastica di un arco curvo può essere trasformata nell'energia cinetica traslazionale della freccia. Anche a livello microscopico possiamo trovare esempi di trasformazioni di energia. Quando si accende una luce al neon, l'energia elettrica si trasforma simultaneamente in energia luminosa. Un altro esempio è la trasformazione dell'energia elettrica in energia cinetica rotazionale (in una ventola), e così via. Questo processo di trasformazione dell'energia elettrica è in realtà causato dal cambiamento tra energia potenziale ed energia cinetica a livello atomico o molecolare.
I cambiamenti nella forma dell'energia di solito implicano il trasferimento di energia da un oggetto a un altro.
Le trasformazioni di energia implicano in genere il trasferimento di energia da un oggetto a un altro. Un arco curvo possiede energia potenziale elastica. Quando l'arco viene teso, la sua energia potenziale elastica si trasforma in energia cinetica traslazionale della freccia. Allo stesso tempo, l'energia viene trasferita dall'arco alla freccia. Quando si spinge una motocicletta in panne, l'energia potenziale chimica del corpo si trasforma in energia cinetica traslazionale della motocicletta. Allo stesso tempo, l'energia viene trasferita dal corpo alla motocicletta. L'acqua in cima a una diga possiede energia potenziale gravitazionale. Quando l'acqua cade, la sua energia potenziale gravitazionale si trasforma in energia cinetica traslazionale. L'acqua che cade aziona quindi una turbina. Quando l'acqua aziona la turbina, la sua energia cinetica traslazionale si trasforma in energia cinetica rotazionale. Allo stesso tempo, l'energia viene trasferita dall'acqua alla turbina.
Il lavoro viene sempre compiuto quando l'energia viene trasferita.
In ciascuno degli esempi discussi in precedenza , il trasferimento di energia è sempre accompagnato da uno sforzo. Quando l'energia si trasferisce dall'arco alla freccia, l'arco compie lavoro sulla freccia. Quando l'energia si trasferisce da te alla motocicletta, tu compi lavoro sulla motocicletta. Quando l'energia si trasferisce dall'acqua alla turbina, l'acqua compie lavoro sulla turbina. Se non venisse compiuto alcun lavoro, sarebbe impossibile per la freccia muoversi quando l'arco viene rilasciato, né una motocicletta in panne si muoverebbe se spinta. Lo stesso vale per la turbina. Ma in realtà, la freccia, la motocicletta in panne e la turbina si muovono . Si può concludere che uno sforzo (W) viene sempre compiuto quando l'energia si trasferisce da un oggetto all'altro.
Sebbene sappiano che l'energia si trasforma sempre da un oggetto all'altro, gli scienziati non sono ancora riusciti a concludere che si conservi. Sono perplessi dall'esistenza del calore, che si manifesta sempre per attrito. Ad esempio, spingete un blocco appoggiato sul pavimento. Quando spingete il blocco, l'energia potenziale chimica del vostro corpo si trasforma nell'energia cinetica traslazionale del blocco. Allo stesso tempo, l'energia viene trasferita da voi al blocco. Questo trasferimento di energia genera lavoro sul blocco (W = Fs). Naturalmente, il blocco si muove.
Dopo essersi mosso, il blocco di solito si ferma. Il blocco si ferma a causa dell'attrito. Dove c'è attrito, c'è calore. Provate a strofinare i palmi delle mani. Sentite che sono caldi, vero ? La stessa cosa accade al blocco. La superficie del pavimento e la base del blocco si riscaldano a causa dell'attrito. L'attrito è anche chiamato forza dissipativa perché riduce o annulla l'energia meccanica totale (energia meccanica = energia potenziale + energia cinetica). In questo caso, la forza di attrito annulla l'energia cinetica traslazionale del blocco. L'energia cinetica traslazionale del blocco deriva dall'energia potenziale chimica.
Caloria
SPrima del diciannovesimo secolo, nessuno scienziato sapeva Cos'è quello calorico Atau calore. È emersa una teoria secondo cui il calore è un certo tipo di sostanza (questa sostanza è chiamata calorica). Ma la presenza di sostanze di nome non è possibile dimostrare che il calorico la sua vita. Da fine degli anni 1830, James Joule (1818-1889)) hanno condotto un esperimento e hanno scoperto che l'energia cinetica persa è sempre la stessa come ser risultante da.
Né calore né energia cineticak sono eterni separatamente. Ciò che è sempre eterno è la quantità totale di energia cinetica e calore. Basandosi sui risultati dei suoi esperimenti, Joule fece un confronto con il trasferimento di calore Dari oggetti ad alta temperatura (oggetti caldi) ke oggetti a bassa temperatura (oggetti freddi). JOule ha concluso che ser Èn energia cheg movimento dovuto a differenze di temperatura. Questa è la definizione di calore da un punto di vista macroscopico. Da un punto di vista microscopico, il calore può essere spiegato utilizzando la teoria cinetica.
Nell'ambito della teoria cinetica dei gas, abbiamo appreso che la temperatura di un oggetto è una misura dell'energia cinetica delle molecole che lo compongono. Maggiore è la temperatura di un oggetto, maggiore è l'energia cinetica delle molecole che lo costituiscono. L'energia cinetica è correlata alla velocità di movimento. Maggiore è l'energia cinetica (maggiore è EK) delle molecole, maggiore è la loro velocità di movimento (maggiore è v). Se mettiamo a contatto un oggetto caldo con un oggetto freddo, il calore fluisce automaticamente dall'oggetto caldo a quello freddo . Quando la temperatura di un oggetto aumenta, aumenta anche l'energia cinetica delle molecole che lo compongono (aumenta la velocità di movimento molecolare). Si può quindi concludere che il calore è l'energia cinetica delle molecole in rapido movimento.
Dopo aver appreso che il calore è energia che si muove a causa di differenze di temperatura (definizione macroscopica) o che il calore è l'energia cinetica di molecole in rapido movimento (definizione microscopica), gli scienziati hanno finalmente formulato la legge di conservazione dell'energia:
L'energia può trasformarsi da una forma all'altra, spostarsi da un oggetto all'altro, ma l'energia totale non diminuisce né aumenta mai.
Le trasformazioni di energia implicano il trasferimento di energia da un oggetto all'altro. Ogni trasferimento di energia è sempre accompagnato da uno sforzo o lavoro. Sulla base dei risultati di esperimenti e analisi scientifiche, è noto che il calore è in realtà energia trasferita a causa di differenze di temperatura (a livello macroscopico) o, a livello microscopico, è l'energia cinetica delle molecole in rapido movimento. Possiamo affermare che il lavoro (W) e il calore (Q) sono coinvolti nel trasferimento di energia. La prima legge della termodinamica è una legge che spiega il trasferimento di energia che coinvolge calore e lavoro. Calore e lavoro non sono una forma di energia , ma sono coinvolti solo nel trasferimento di energia tra oggetti, tra oggetti e organismi viventi, o tra organismi viventi.
Nella prima legge della termodinamica, veniamo a conoscenza di una nuova grandezza: l'energia interna (U). L'energia interna è la somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale delle molecole, derivanti dalle interazioni tra gli atomi che compongono una molecola o tra le molecole che costituiscono un oggetto o un organismo vivente. Ogni oggetto è composto da atomi o molecole. Pertanto, ogni oggetto nell'universo deve possedere energia interna. Ogni processo di trasferimento di energia che coinvolga calore e lavoro comporterà una variazione dell'energia interna.
