Энергияның сақталу заңы туралы мақала
Энергия түрлері
Біздің күнделікті өмірімізде энергияның көптеген түрлері бар. Жұмыс және энергия тақырыбында біз механикалық энергияның екі түрімен таныстық: потенциалдық энергия және кинетикалық энергия . Потенциалдық энергия гравитациялық энергия, серпімді энергия және электр энергиясын қоса алғанда бірнеше түрге бөлінеді . Кинетикалық энергия екі түрге бөлінеді: ілгерілемелі кинетикалық энергия және айналмалы кинетикалық энергия.
Дәмді, піскен манго сабағынан салбырап тұрғанда гравитациялық потенциалдық энергияға ие. Дәл осындай жағдай жерден белгілі бір биіктікте, мысалы, шатырда болғанда да болады. Заттың Жерге қатысты орналасуына байланысты гравитациялық потенциалдық энергиясы болады.
Созылған резеңке таспа серпімді потенциалдық энергияға ие. Созылған резеңкедегі серпімді потенциалдық энергияның арқасында оқ тасты лақтыра алады. Сол сияқты, садақшы тартқан садақ созылған садақтағы серпімді потенциалдық энергияның арқасында жебені лақтыра алады.
Ірі өлшемді материяның иеленетін және күнделікті өмірде жиі кездесетін потенциалдық және кинетикалық энергиясынан басқа, энергияның басқа да түрлері бар. Электр энергиясы, ядролық энергия, химиялық энергия және т.б. бар. Кинетикалық теория пайда болғаннан кейін, басқа түрдегі энергия (электр энергиясы, химиялық энергия және т.б.) атомдық немесе молекулалық деңгейде кинетикалық энергия немесе потенциалдық энергия болып табылады деп айтылды. Азық-түлік пен отында сақталатын химиялық энергия молекулаларды құрайтын атомдар арасындағы электрлік күштерге (химиялық байланыстар деп те аталады) байланысты молекулаларда сақталатын потенциалдық энергия болып саналады. Электр энергиясын, магниттік энергияны, ядролық энергияны атомдық масштабта кинетикалық энергия немесе потенциалдық энергия деп те санауға болады.
Энергия түрінің өзгеруі
Энергияның бір түрден екінші түрге ауыса алатынын ескеру маңызды. Макроскопиялық деңгейде энергия түрленуінің сансыз мысалдарын табуға болады. Сабағынан салбырап тұрған манго гравитациялық потенциалдық энергияға ие. Манго жерге құлаған сайын, оның потенциалдық энергиясы жерге қарай жолында азаяды. Ол құлай бастаған кезде, потенциалдық энергия азаяды, себебі мангоның жерден тік қашықтығы азаяды. Бұл энергия ілгерілемелі кинетикалық энергияға айналады, себебі мангоның жылдамдығы тұрақты гравитациялық үдеуге байланысты артады. Созылған асықта сақталған серпімді потенциалдық энергия асықтың тартылуы босатылған кезде тастың ілгерілемелі кинетикалық энергиясына айналуы мүмкін... иілген садақ та серпімді потенциалдық энергияға ие.
Иілген садақтағы серпімді потенциалдық энергияны жебенің ілгерілемелі кинетикалық энергиясына айналдыруға болады. Микроскопиялық деңгейде энергия түрлендірулерінің мысалдарын да кездестіруге болады. Неон шамын қосқанда, электр энергиясы бір мезгілде жарық энергиясына айналады. Тағы бір мысал - электр энергиясының айналмалы кинетикалық энергияға (желдеткіш) және т.б. түрленуі. Электр энергиясын түрлендірудің бұл процесі іс жүзінде атомдық немесе молекулалық деңгейде потенциалдық энергия мен кинетикалық энергия арасындағы өзгерістен туындайды.
Энергия түрінің өзгеруі әдетте энергияның бір объектіден екінші объектіге ауысуын қамтиды.
Энергия түрлендірулері әдетте энергияны бір заттан екінші затқа беруді қамтиды. Иілген садақтың серпімді потенциалдық энергиясы болады. Садақ тартылған кезде, садақтың серпімді потенциалдық энергиясы жебенің ілгерілемелі кинетикалық энергиясына өзгереді. Сонымен қатар, энергия садақтан жебеге беріледі. Тоқтап қалған мотоциклді итергенде, денеңіздегі химиялық потенциалдық энергия мотоциклдің ілгерілемелі кинетикалық энергиясына өзгереді. Сонымен қатар, энергия сізден мотоциклге беріледі. Бөгеттің жоғарғы жағындағы су гравитациялық потенциалдық энергияға ие. Су құлаған кезде, оның гравитациялық потенциалдық энергиясы ілгерілемелі кинетикалық энергиясына өзгереді. Содан кейін құлаған су турбинаны іске қосады. Су турбинаны қозғалтқан кезде, оның ілгерілемелі кинетикалық энергиясы айналмалы кинетикалық энергиясына өзгереді. Сонымен қатар, энергия судан турбинаға беріледі.
Энергия берілген кезде жұмыс әрқашан орындалады.
Бұрын талқыланған әрбір мысалда энергияның берілуі әрқашан күш салумен қатар жүреді. Энергия садақтан жебеге ауысқанда, садақ жебеге әсер етеді. Энергия сізден мотоциклге ауысқанда, сіз мотоциклге әсер етесіз. Энергия судан турбинаға ауысқанда, су турбинаға әсер етеді. Егер ешқандай жұмыс жасалмаса, садақ жіберілгенде жебенің қозғалуы мүмкін емес еді, сондай-ақ істен шыққан мотоцикл итерілгенде қозғалмас еді. Турбина үшін де дәл солай. Бірақ шын мәнінде, жебе, істен шыққан мотоцикл және турбина қозғалады . Энергия бір заттан екінші затқа ауысқанда күш салу (W) әрқашан жасалады деген қорытынды жасауға болады .
Энергияның бір заттан екінші затқа әрқашан өзгеретінін білсе де , ғалымдар энергияның сақталатыны туралы қорытынды жасай алмады . Ғалымдар жылудың бар екендігімен шатасып қалды. Жылу әрқашан үйкеліс салдарынан пайда болады. Мысалы, сіз едендегі блокты итересіз. Блокты итерген кезде, денеңіздегі химиялық потенциалдық энергия блоктың ілгерілемелі кинетикалық энергиясына айналады. Сонымен қатар, энергия сізден блокқа беріледі. Энергия сізден блокқа берілгенде, сіз блокпен жұмыс істейсіз (W = Fs). Әрине, блок қозғалады.
Қозғалғаннан кейін блок әдетте тоқтайды. Блок үйкеліс салдарынан тоқтайды. Үйкеліс болған жерде жылу болады. Алақандарыңызды бір-біріне үйкеп көріңіз . Алақандарыңыз жылы сезіледі, солай ма ? Блокпен де дәл солай болады. Еденнің беті мен блоктың табаны үйкеліс салдарынан жылынып кетеді . Үйкеліс диссипативтік күш деп те аталады, себебі ол жалпы механикалық энергияны (механикалық энергия = потенциалдық энергия + кинетикалық энергия) азайтады немесе жояды. Бұл жағдайда үйкеліс күші блоктың ілгерілемелі кинетикалық энергиясын жояды. Блоктың ілгерілемелі кинетикалық энергиясы химиялық потенциалдық энергиядан келеді.
Калориялар
SХІХ ғасырға дейін ешбір ғалым білмеген Ол не? жылу немесе жылу. Жылудың белгілі бір зат түрі екендігі туралы теория пайда болды (бұл зат калория деп аталады). Бірақ заттардың болуы бернама калорияны дәлелдеу мүмкін емес оның бар болуы. бері akhir tahun 1830, James Joule (1818‐1889) тәжірибе жүргізіп, мынаны анықтады жоғалған кинетикалық энергия әрқашан бірдей боладыr нәтижесінде пайда болады.
Жылу да, кинетикалық энергия да емесk бөлек мәңгілік. Әрқашан мәңгілік нәрсе - кинетикалық энергия мен жылудың жалпы мөлшері. Джоуль өз тәжірибелерінің нәтижелеріне сүйене отырып, жылу алмасумен салыстыру жүргізді. дари жоғары температуралы заттар (ыстық заттар) ke төмен температуралы заттар (суық заттар). JОул егерr болып табыладыn энергияg температура айырмашылығына байланысты қозғалады. Бұл макроскопиялық тұрғыдан жылудың анықтамасы. Микроскопиялық тұрғыдан алғанда, жылуды түсіндіруге болады кинетикалық теорияны қолдана отырып.
Газдардың кинетикалық теориясы тақырыбында біз заттың температурасы оны құрайтын молекулалардың кинетикалық энергиясының өлшемі екенін білдік. Заттың температурасы неғұрлым жоғары болса, оны құрайтын молекулалардың кинетикалық энергиясы соғұрлым жоғары болады. Кинетикалық энергия қозғалыс жылдамдығымен байланысты. Молекулалардың кинетикалық энергиясы неғұрлым жоғары болса (EK жоғары болса), молекулалардың қозғалыс жылдамдығы соғұрлым жоғары болады (v жоғары болады). Егер біз жоғары температуралы затты (ыстық затты) төмен температуралы затпен (суық затпен) жанастырсақ, жылу жоғары температуралы заттан төмен температуралы затқа автоматты түрде ағады . Заттың температурасы жоғарылаған кезде , оны құрайтын молекулалардың кинетикалық энергиясы артады (молекулалық қозғалыс жылдамдығы артады). Жылу - жылдам қозғалатын молекулалардың кинетикалық энергиясы деген қорытынды жасауға болады .
Жылу температура айырмашылығына байланысты қозғалатын энергия екенін (макроскопиялық анықтама) немесе жылу жылдам қозғалатын молекулалардың кинетикалық энергиясы екенін (микроскопиялық анықтама) білгеннен кейін, ғалымдар ақырында энергияның сақталу заңын тұжырымдады :
Энергия бір түрден екінші түрге ауыса алады, бір нысаннан екінші нысанға ауыса алады, бірақ жалпы энергия ешқашан азаймайды немесе артпайды.
Энергия түрінің өзгеруі энергияның бір объектіден екінші объектіге ауысуын қамтиды . Энергияның әрбір ауысуы әрқашан күш-жігермен немесе жұмыспен қатар жүреді. Ғалымдардың тәжірибелері мен талдауларының нәтижелеріне сүйене отырып , жылу шын мәнінде температура айырмашылығына байланысты берілетін энергия екені (макроскопиялық түсінік) немесе жылу жылдам қозғалатын молекулалардың кинетикалық энергиясы екені (микроскопиялық түсінік) белгілі. Жұмыс (W) және жылу (Q) энергияның берілуіне қатысады деп айта аламыз. Термодинамиканың бірінші заңы - жылу мен жұмысты қамтитын энергияның берілуін түсіндіретін заң. Жылу мен жұмыс энергияның бір түрі емес , тек объектілер арасында, объектілер мен тірі тіршілік иелері арасында немесе тірі тіршілік иелері арасында энергияның берілуіне қатысады.
Термодинамиканың бірінші заңында біз жаңа шамамен де танысамыз: ішкі энергия (U). Ішкі энергия - молекулаларды құрайтын атомдар арасындағы өзара әрекеттесуден немесе затты немесе тірі тіршілік иесін құрайтын молекулалар арасындағы өзара әрекеттесуден туындайтын молекулалардың жалпы кинетикалық энергиясы және потенциалдық энергия. Әрбір зат атомдардан немесе молекулалардан тұрады. Сондықтан, ғаламдағы әрбір заттың ішкі энергиясы болуы керек. Жылу мен жұмысты қамтитын әрбір энергия беру процесі ішкі энергияның өзгеруіне әкеледі.
