სტატია ენერგიის შენახვის კანონის შესახებ
ენერგიის ფორმები
ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში ენერგიის მრავალი ფორმა არსებობს. სამუშაოსა და ენერგიის თემაში გავეცანით მექანიკური ენერგიის ორ ფორმას: პოტენციურ ენერგიას და კინეტიკურ ენერგიას . პოტენციური ენერგია რამდენიმე ტიპისაა, მათ შორის გრავიტაციული ენერგია, დრეკადობის ენერგია და ელექტრული ენერგია . კინეტიკური ენერგია ორი ტიპისაა: ტრანსლაციური კინეტიკური ენერგია და ბრუნვითი კინეტიკური ენერგია.
გემრიელ, მწიფე მანგოს გრავიტაციული პოტენციური ენერგია აქვს, რადგან ის ღეროზე ჰკიდია. იგივე ხდება, როდესაც მიწიდან გარკვეულ სიმაღლეზე იმყოფებით, მაგალითად, სახურავზე. ობიექტს გრავიტაციული პოტენციური ენერგია დედამიწასთან მიმართებაში მისი მდებარეობის გამო აქვს.
შურდულის დაჭიმულ რეზინას აქვს დრეკადობის პოტენციური ენერგია. შურდულს შეუძლია ქვის სროლა დაჭიმულ რეზინაში არსებული დრეკადობის პოტენციური ენერგიის გამო. ანალოგიურად, მშვილდოსნის მიერ მოზიდულ მშვილდს შეუძლია ისრის ამოძრავება დაჭიმულ მშვილდში არსებული დრეკადობის პოტენციური ენერგიის გამო.
დიდი ზომის მატერიის მიერ ფლობილი პოტენციური და კინეტიკური ენერგიის გარდა, რომელსაც ხშირად ვხედავთ ყოველდღიურ ცხოვრებაში, არსებობს ენერგიის სხვა ფორმებიც. არსებობს ელექტრო ენერგია, ბირთვული ენერგია, ქიმიური ენერგია და ა.შ. კინეტიკური თეორიის გაჩენის შემდეგ ითქვა, რომ სხვა ფორმებით ენერგია (ელექტრო ენერგია, ქიმიური ენერგია და ა.შ.) არის კინეტიკური ენერგია ან პოტენციური ენერგია ატომურ ან მოლეკულურ დონეზე. საკვებსა და საწვავში შენახული ქიმიური ენერგია ითვლება მოლეკულებში შენახულ პოტენციურ ენერგიად, მოლეკულების შემადგენელი ატომებს შორის ელექტრული ძალების გამო (ასევე ცნობილია, როგორც ქიმიური ბმები). ელექტრო ენერგია, მაგნიტური ენერგია, ბირთვული ენერგია ასევე შეიძლება ჩაითვალოს კინეტიკურ ენერგიად ან პოტენციურ ენერგიად ატომური მასშტაბით.
ენერგიის ფორმის ცვლილებები
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ენერგია შეიძლება შეიცვალოს ერთი ფორმიდან მეორეში. მაკროსკოპულ დონეზე, ენერგიის გარდაქმნების უამრავი მაგალითის პოვნა შეგვიძლია. ღეროზე ჩამოკიდებულ მანგოს გრავიტაციული პოტენციური ენერგია აქვს. როდესაც მანგო მიწაზე ვარდება, მისი პოტენციური ენერგია მცირდება მიწისკენ მიმავალი გზის გასწვრივ. როდესაც ის იწყებს ვარდნას, პოტენციური ენერგია მცირდება, რადგან მანგოს ვერტიკალური მანძილი მიწიდან მცირდება. ეს ენერგია გარდაიქმნება ტრანსლაციურ კინეტიკურ ენერგიად, რადგან მანგოს სიჩქარე იზრდება მუდმივი გრავიტაციული აჩქარების გამო. გაჭიმულ შურდულის რხევაში შენახული ელასტიური პოტენციური ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას ქვის ტრანსლაციურ კინეტიკურ ენერგიად, როდესაც შურდულის წევა შეწყდება... მოხრილი მშვილდიც ფლობს ელასტიური პოტენციურ ენერგიას.
მოხრილი მშვილდის ელასტიური პოტენციური ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას ისრის ტრანსლაციურ კინეტიკურ ენერგიად. მიკროსკოპულ დონეზე ასევე შეგვიძლია ვიპოვოთ ენერგიის გარდაქმნების მაგალითები. როდესაც ნეონის ნათურას რთავთ, ელექტრული ენერგია ერთდროულად გარდაიქმნება სინათლის ენერგიად. კიდევ ერთი მაგალითია ელექტრული ენერგიის გარდაქმნა ბრუნვის კინეტიკურ ენერგიად (ვენტილატორი) და ა.შ. ელექტრული ენერგიის გარდაქმნის ეს პროცესი სინამდვილეში გამოწვეულია პოტენციურ და კინეტიკურ ენერგიას შორის ცვლილებით ატომურ ან მოლეკულურ დონეზე.
ენერგიის ფორმის ცვლილებები, როგორც წესი, გულისხმობს ენერგიის გადაცემას ერთი ობიექტიდან მეორეზე.
ენერგიის გარდაქმნები, როგორც წესი, გულისხმობს ენერგიის გადაცემას ერთი ობიექტიდან მეორეზე. მოხრილი მშვილდი გამოირჩევა ელასტიური პოტენციური ენერგიით. როდესაც მშვილდი იჭიმება, მშვილდის ელასტიური პოტენციური ენერგია იცვლება ისრის ტრანსლაციურ კინეტიკურ ენერგიად. ამავდროულად, ენერგია გადადის მშვილდიდან ისარზე. როდესაც თქვენ უბიძგებთ გაჩერებულ მოტოციკლს, თქვენს სხეულში არსებული ქიმიური პოტენციური ენერგია იცვლება მოტოციკლის ტრანსლაციურ კინეტიკურ ენერგიად. ამავდროულად, ენერგია გადადის თქვენგან მოტოციკლზე. კაშხლის თავზე წყალს აქვს გრავიტაციული პოტენციური ენერგია. როდესაც წყალი ვარდება, მისი გრავიტაციული პოტენციური ენერგია იცვლება ტრანსლაციურ კინეტიკურ ენერგიად. შემდეგ ვარდება წყალი ტურბინას ამოძრავებს. როდესაც წყალი ტურბინას ამოძრავებს, მისი ტრანსლაციური კინეტიკური ენერგია იცვლება მის ბრუნვით კინეტიკურ ენერგიად. ამავდროულად, ენერგია გადადის წყლიდან ტურბინაზე.
ენერგიის გადაცემისას ყოველთვის სრულდება მუშაობა.
ზემოთ განხილულ თითოეულ მაგალითში ენერგიის გადაცემას ყოველთვის თან ახლავს ძალისხმევა. როდესაც ენერგია მშვილდიდან ისარზე გადადის, მშვილდი ასრულებს მუშაობას ისარზე. როდესაც ენერგია თქვენგან მოტოციკლზე გადადის, თქვენ ასრულებთ მუშაობას მოტოციკლზე. როდესაც ენერგია წყლიდან ტურბინაზე გადადის, წყალი ასრულებს მუშაობას ტურბინაზე. თუ მუშაობა არ შესრულდებოდა, ისრისთვის შეუძლებელი იქნებოდა მოძრაობა მშვილდის გაშვებისას და არც გაფუჭებული მოტოციკლი გადაადგილდებოდა ბიძგის დროს. იგივე ეხება ტურბინას. სინამდვილეში კი ისარი, გაფუჭებული მოტოციკლი და ტურბინა მოძრაობენ . შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ენერგია (W) ყოველთვის ხორციელდება, როდესაც ენერგია ერთი ობიექტიდან მეორეზე გადადის.
მიუხედავად იმისა, რომ მეცნიერებმა იციან, რომ ენერგია ყოველთვის იცვლის ფორმას ერთი ობიექტიდან მეორეზე, მათ ჯერ კიდევ არ შეუძლიათ დაასკვნან, რომ ენერგია შენარჩუნებულია . სითბოს არსებობა მეცნიერებს აბნევს. სითბო ყოველთვის ხახუნის გამო ჩნდება. მაგალითად, თქვენ უბიძგებთ იატაკზე მდგარ ბლოკს. როდესაც ბლოკს უბიძგებთ, თქვენს სხეულში არსებული ქიმიური პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება ბლოკის ტრანსლაციურ კინეტიკურ ენერგიად. ამავდროულად, ენერგია გადადის თქვენგან ბლოკზე. როდესაც ენერგია გადადის თქვენგან ბლოკზე, თქვენ ასრულებთ მუშაობას ბლოკზე (W = Fs). რა თქმა უნდა, ბლოკი მოძრაობს.
გადაადგილების შემდეგ, ბლოკი, როგორც წესი, ჩერდება. ბლოკი ხახუნის გამო ჩერდება. სადაც ხახუნია, იქ სითბოა. სცადეთ ხელისგულების ერთმანეთზე შეხება. ხელისგულები თბილია, არა ? იგივე ხდება ბლოკთანაც. იატაკის ზედაპირი და ბლოკის ძირი ხახუნის გამო თბება . ხახუნს ასევე დისიპაციურ ძალას უწოდებენ, რადგან ის ამცირებს ან გამორიცხავს მთლიან მექანიკურ ენერგიას (მექანიკური ენერგია = პოტენციური ენერგია + კინეტიკური ენერგია). ამ შემთხვევაში, ხახუნის ძალა გამორიცხავს ბლოკის ტრანსლაციურ კინეტიკურ ენერგიას. ბლოკის ტრანსლაციური კინეტიკური ენერგია ქიმიური პოტენციური ენერგიისგან მოდის.
კალორიები
Sმეცხრამეტე საუკუნემდე არცერთმა მეცნიერმა არ იცოდა აპა იტუ სითბო ატაუ სითბო. გაჩნდა თეორია, რომ სითბო გარკვეული ტიპის ნივთიერებაა (ამ ნივთიერებას კალორიულობა ეწოდება). მაგრამ ნივთიერებების არსებობა ბერნამა კალორიულობა ვერ დადასტურდება მისი არსებობა. მას შემდეგ, რაც 1830-იანი წლების ბოლოს, ჯეიმს ჯოული (1818–1889)) ჩაატარა ექსპერიმენტი და აღმოაჩინა, რომ დაკარგული კინეტიკური ენერგია ყოველთვის იგივეა, თითქოსr შედეგად.
არც სითბო და არც კინეტიკური ენერგიაk ცალ-ცალკე მარადიულია. ყოველთვის მარადიული კინეტიკური ენერგიისა და სითბოს საერთო რაოდენობაა. ექსპერიმენტების შედეგებზე დაყრდნობით, ჯოულმა შედარება მოახდინა სითბოს გადაცემასთან დარი მაღალი ტემპერატურის ობიექტები (ცხელი ობიექტები) ke დაბალი ტემპერატურის ობიექტები (ცივი ობიექტები). Jოულემ დაასკვნა, რომ თუr არისn ენერგია, რომელიცg ტემპერატურული სხვაობის გამო მოძრაობა. ეს არის სითბოს განმარტება მაკროსკოპული თვალსაზრისით. მიკროსკოპული თვალსაზრისით, სიცხის ახსნა შესაძლებელია კინეტიკური თეორიის გამოყენებით.
აირების კინეტიკური თეორიის თემაში გავიგეთ, რომ ობიექტის ტემპერატურა ობიექტის შემადგენელი მოლეკულების კინეტიკური ენერგიის საზომია. რაც უფრო მაღალია ობიექტის ტემპერატურა, მით უფრო დიდია მის შემადგენელი მოლეკულების კინეტიკური ენერგია. კინეტიკური ენერგია დაკავშირებულია მოძრაობის სიჩქარესთან. რაც უფრო დიდია მოლეკულების კინეტიკური ენერგია (უფრო მაღალი EK), მით უფრო მაღალია მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარე (უფრო მაღალი v). თუ მაღალი ტემპერატურის მქონე ობიექტს (ცხელ ობიექტს) დაბალი ტემპერატურის მქონე ობიექტს (ცივ ობიექტს) შევხებით, სითბო ავტომატურად გადადის მაღალი ტემპერატურის მქონე ობიექტიდან დაბალი ტემპერატურის მქონე ობიექტზე . როდესაც ობიექტის ტემპერატურა იზრდება, იზრდება მის შემადგენელი მოლეკულების კინეტიკური ენერგია (მოლეკულური მოძრაობის სიჩქარე იზრდება). შეგვიძლია დავასკვნათ , რომ სითბო სწრაფად მოძრავი მოლეკულების კინეტიკური ენერგიაა.
მას შემდეგ, რაც მეცნიერებმა გაიგეს, რომ სითბო არის ენერგია, რომელიც მოძრაობს ტემპერატურის სხვაობის გამო (მაკროსკოპული განმარტება) ან რომ სითბო არის სწრაფად მოძრავი მოლეკულების კინეტიკური ენერგია (მიკროსკოპული განმარტება), საბოლოოდ ჩამოაყალიბეს ენერგიის შენახვის კანონი:
ენერგიას შეუძლია გადავიდეს ერთი ფორმიდან მეორეში, ერთი ობიექტიდან მეორეში, მაგრამ მთლიანი ენერგია არასდროს მცირდება ან იზრდება.
ენერგიის ფორმის ცვლილებები გულისხმობს ენერგიის გადაცემას ერთი ობიექტიდან მეორეზე. ენერგიის ყოველ გადაცემას ყოველთვის თან ახლავს ძალისხმევა ან მუშაობა. მეცნიერების მიერ ჩატარებული ექსპერიმენტებისა და ანალიზის შედეგების საფუძველზე ცნობილია, რომ სითბო სინამდვილეში არის ენერგია, რომელიც გადადის ტემპერატურის სხვაობის გამო (მაკროსკოპული გაგება) ან სითბო არის სწრაფად მოძრავი მოლეკულების კინეტიკური ენერგია (მიკროსკოპული გაგება). შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მუშაობა (W) და სითბო (Q) მონაწილეობენ ენერგიის გადაცემაში. თერმოდინამიკის პირველი კანონი არის კანონი, რომელიც ხსნის ენერგიის გადაცემას, რომელიც მოიცავს სითბოს და მუშაობას. სითბო და მუშაობა არ არის ენერგიის ფორმა , არამედ მონაწილეობს მხოლოდ ენერგიის გადაცემაში ობიექტებს შორის, ობიექტებსა და ცოცხალ არსებებს შორის ან ცოცხალ არსებებს შორის.
თერმოდინამიკის პირველ კანონში ასევე ვეცნობით ახალ სიდიდეს: შინაგან ენერგიას (U). შინაგანი ენერგია არის მოლეკულების სრული კინეტიკური ენერგია და პოტენციური ენერგია, რომელიც წარმოიქმნება მოლეკულის შემადგენელი ატომების ან ობიექტის ან ცოცხალი არსების შემადგენელი მოლეკულების ურთიერთქმედებიდან. ყველა ობიექტი შედგება ატომების ან მოლეკულებისგან. ამიტომ, სამყაროში ყველა ობიექტს უნდა ჰქონდეს შინაგანი ენერგია. ენერგიის გადაცემის ყველა პროცესი, რომელიც მოიცავს სითბოს და მუშაობას, გამოიწვევს შინაგანი ენერგიის ცვლილებას.
