Энергиянын сакталуу мыйзамы жөнүндө макала
Энергиянын түрлөрү
Күнүмдүк жашообузда энергиянын көптөгөн түрлөрү бар. Жумуш жана энергия темасы боюнча биз механикалык энергиянын эки түрү менен тааныштык: потенциалдык энергия жана кинетикалык энергия . Потенциалдык энергия бир нече түргө бөлүнөт, анын ичинде гравитациялык энергия, серпилгичтик энергия жана электр энергиясы . Кинетикалык энергия эки түргө бөлүнөт: трансляциялык кинетикалык энергия жана айлануу кинетикалык энергия.
Даамдуу, бышкан манго сабагынан илинип турганда тартылуу потенциалдык энергиясына ээ. Жерден белгилүү бир бийиктикте, мисалы, чатырда турганда да ушундай болот. Объекттин Жерге карата жайгашкан жеринен улам тартылуу потенциалдык энергиясы бар.
Салмоордун созулган резина боосу серпилгич потенциалдык энергияга ээ. Салмоор созулган резинадагы серпилгич потенциалдык энергиянын эсебинен ташты ыргыта алат. Ошо сыяктуу эле, жаачы тарткан жаа созулган жаанын ичиндеги серпилгич потенциалдык энергиянын эсебинен жебени түртө алат.
Чоң өлчөмдөгү материя ээ болгон жана биз күнүмдүк жашоодо көп кездештирген потенциалдык жана кинетикалык энергиядан тышкары, энергиянын башка түрлөрү да бар. Электр энергиясы, ядролук энергия, химиялык энергия ж.б. бар. Кинетикалык теория пайда болгондон кийин, башка формадагы энергия (электр энергиясы, химиялык энергия ж.б.) атомдук же молекулярдык деңгээлде кинетикалык энергия же потенциалдык энергия деп айтылган. Азык-түлүктө жана отунда сакталган химиялык энергия молекулаларды түзгөн атомдордун ортосундагы электрдик күчтөрдөн улам (ошондой эле химиялык байланыштар деп аталат) молекулаларда сакталган потенциалдык энергия деп эсептелет. Электр энергиясын, магнит энергиясын, ядролук энергияны атомдук масштабдагы кинетикалык энергия же потенциалдык энергия деп да кароого болот.
Энергия түрүндөгү өзгөрүүлөр
Белгилей кетүүчү нерсе, энергия бир түрдөн экинчи түргө өзгөрүшү мүмкүн. Макроскопиялык деңгээлде энергиянын трансформацияларынын сансыз мисалдарын таба алабыз. Сабагынан илинип турган манго гравитациялык потенциалдык энергияга ээ. Манго жерге түшкөндө, анын потенциалдык энергиясы жерге карай жолдо азаят. Ал кулай баштаганда, потенциалдык энергия азаят, анткени мангонун жерден вертикалдык аралыгы азаят. Бул энергия трансляциялык кинетикалык энергияга айланат, анткени мангонун ылдамдыгы туруктуу гравитациялык ылдамдануудан улам жогорулайт. Созулган асма атуучу куралда сакталган ийкемдүү потенциалдык энергия асма атуучу куралдын тартылуу күчү бошотулганда таштын трансляциялык кинетикалык энергиясына айлана алат... ийри жаа да ийкемдүү потенциалдык энергияга ээ.
Ийри жаадагы серпилгич потенциалдык энергия жебенин трансляциялык кинетикалык энергиясына айландырылышы мүмкүн. Микроскопиялык деңгээлде энергиянын трансформацияларынын мисалдарын да таба алабыз. Неон чырагын күйгүзгөндө, электр энергиясы бир эле учурда жарык энергиясына айланат. Дагы бир мисал - электр энергиясынын айлануу кинетикалык энергиясына (вентиляторго) ж.б. айланышы. Электр энергиясын трансформациялоонун бул процесси чындыгында атомдук же молекулярдык деңгээлде потенциалдык энергия менен кинетикалык энергиянын өзгөрүшүнөн келип чыгат.
Энергия түрүндөгү өзгөрүүлөр, адатта, энергиянын бир объекттен экинчи объектке өткөрүлүшүн камтыйт.
Энергиянын трансформациялары, адатта, энергияны бир нерседен экинчи нерсеге өткөрүүнү камтыйт. Ийри жаанын ийкемдүү потенциалдык энергиясы бар. Жаа тартылганда, жаанын ийкемдүү потенциалдык энергиясы жебенин трансляциялык кинетикалык энергиясына айланат. Ошол эле учурда, энергия жаадан жебеге өткөрүлүп берилет. Токтоп калган мотоциклди түрткөндө, денеңиздеги химиялык потенциалдык энергия мотоциклдин трансляциялык кинетикалык энергиясына айланат. Ошол эле учурда, энергия сизден мотоциклге өткөрүлүп берилет. Плотинанын чокусундагы суунун тартылуу потенциалдык энергиясы бар. Суу түшкөндө , анын тартылуу потенциалдык энергиясы трансляциялык кинетикалык энергиясына айланат. Андан кийин түшкөн суу турбинаны иштетет. Суу турбинаны айдаганда, анын трансляциялык кинетикалык энергиясы айлануу кинетикалык энергиясына айланат. Ошол эле учурда, энергия суудан турбинага өткөрүлүп берилет.
Энергия берилгенде жумуш ар дайым аткарылат.
Буга чейин талкууланган ар бир мисалда энергиянын берилиши ар дайым күч-аракет менен коштолот. Энергия жаадан жебеге өткөндө, жаа жебеге иштейт. Энергия сизден мотоциклге өткөндө, сиз мотоциклге иштейсиз. Энергия суудан турбинага өткөндө, суу турбинага иштейт. Эгерде эч кандай жумуш жасалбаса, жаа бошотулганда жебенин кыймылдашы мүмкүн болмок эмес, ошондой эле бузулган мотоцикл түртүлгөндө кыймылдамак эмес. Турбина үчүн да ушундай. Бирок чындыгында жебе, бузулган мотоцикл жана турбина кыймылдайт . Энергия бир нерседен экинчи нерсеге өткөндө күч (W) ар дайым жасалат деген тыянак чыгарууга болот.
Энергия ар дайым бир нерседен экинчисине өзгөрүп тураарын билишсе да , окумуштуулар энергия сакталат деген тыянакка келе алышкан жок . Окумуштуулар жылуулуктун бар экенине таң калышат. Жылуулук ар дайым сүрүлүүдөн улам пайда болот. Мисалы, сиз жерде турган блокту түртөсүз. Блокту түрткөнүңүздө, денеңиздеги химиялык потенциалдык энергия блоктун трансляциялык кинетикалык энергиясына айланат. Ошол эле учурда, энергия сизден блокко өткөрүлүп берилет. Энергия сизден блокко өткөрүлгөндө, сиз блоктун үстүндө иштейсиз (W = Fs). Албетте, блок кыймылдайт.
Жылгандан кийин блок, адатта, токтойт. Блок сүрүлүүдөн улам токтойт. Сүйрөлүү болгон жерде жылуулук болот. Алакандарыңызды бири-бирине сүртүп көрүңүз . Алакандарыңыз жылуу сезилет, туурабы ? Блок менен да ушундай болот. Блоктун полунун бети жана негизи сүрүлүүдөн улам жылыйт . Сүрүлүү диссипативдик күч деп да аталат, анткени ал жалпы механикалык энергияны (механикалык энергия = потенциалдык энергия + кинетикалык энергия) азайтат же жок кылат. Бул учурда, сүрүлүү күчү блоктун трансляциялык кинетикалык энергиясын жок кылат. Блоктун трансляциялык кинетикалык энергиясы химиялык потенциалдык энергиядан келип чыгат.
Калор
SОн тогузунчу кылымга чейин бир дагы окумуштуу билген эмес апа иту жылуулук же жылуулук. Жылуулук белгилүү бир заттын түрү деген теория пайда болду (бул зат калория деп аталат). Бирок заттардын болушу бернама калориялуулугун далилдөө мүмкүн эмес анын бар болушу. бери 1830-жылдардын аягында, Жеймс Джоул (1818-1889)) эксперимент жүргүзүп, муну аныктады жоголгон кинетикалык энергия ар дайым бирдей болотr натыйжасында келип чыккан.
Жылуулук да, кинетикалык энергия да эмесk өз-өзүнчө түбөлүктүү. Ар дайым түбөлүктүү болгон нерсе - бул кинетикалык энергиянын жана жылуулуктун жалпы көлөмү. Джоул өзүнүн эксперименттеринин жыйынтыктарына таянып, жылуулук алмашуу менен салыштыруу жүргүзгөн. из жогорку температурадагы объектилер (ысык объектилер) ke төмөн температурадагы объектилер (муздак объектилер). JОул эгердеr болуп саналатn энергияg температуранын айырмачылыктарынан улам кыймылдайт. Бул макроскопиялык көз караштан алганда жылуулуктун аныктамасы. Микроскопиялык көз караштан алганда, жылуулукту түшүндүрүүгө болот кинетикалык теорияны колдонуу менен.
Газдардын кинетикалык теориясы темасы боюнча биз объектинин температурасы аны түзгөн молекулалардын кинетикалык энергиясынын өлчөмү экенин билдик. Объектинин температурасы канчалык жогору болсо, объектини түзгөн молекулалардын кинетикалык энергиясы ошончолук жогору болот. Кинетикалык энергия кыймыл ылдамдыгына байланыштуу. Молекулалардын кинетикалык энергиясы (EK жогору) канчалык чоң болсо, молекулалардын кыймыл ылдамдыгы ошончолук жогору болот (v жогору). Эгерде биз жогорку температурадагы объектини (ысык объектини) төмөнкү температурадагы объектиге (муздак объектиге) тийгизсек, жылуулук жогорку температурадагы объектиден төмөнкү температурадагы объектиге автоматтык түрдө агат . Объектинин температурасы жогорулаганда, объектини түзгөн молекулалардын кинетикалык энергиясы жогорулайт (молекулярдык кыймылдын ылдамдыгы жогорулайт). Жылуулук - бул тез кыймылдаган молекулалардын кинетикалык энергиясы деген тыянак чыгарууга болот .
Жылуулук температуранын айырмачылыктарынан улам кыймылдаган энергия экенин (макроскопиялык аныктама) же жылуулук тез кыймылдаган молекулалардын кинетикалык энергиясы экенин (микроскопиялык аныктама) билгенден кийин , окумуштуулар акыры энергиянын сакталуу мыйзамын түзүштү :
Энергия бир формадан экинчи формага өзгөрүшү, бир нерседен экинчи объектке өтүшү мүмкүн, бирок жалпы энергия эч качан азайбайт же көбөйбөйт.
Энергиянын түрүндөгү өзгөрүүлөр энергиянын бир объекттен экинчи объектке өтүшүн камтыйт . Энергиянын ар бир өтүшү ар дайым күч-аракет же эмгек менен коштолот. Окумуштуулардын эксперименттеринин жана анализдеринин жыйынтыктарына таянып , жылуулук чындыгында температуранын айырмачылыктарынан улам берилүүчү энергия экени (макроскопиялык түшүнүү) же жылуулук тез кыймылдаган молекулалардын кинетикалык энергиясы экени (микроскопиялык түшүнүү) белгилүү. Жумуш (W) жана жылуулук (Q) энергиянын өтүшүнө катышат деп айта алабыз. Термодинамиканын биринчи мыйзамы - бул жылуулук жана жумуш менен байланышкан энергиянын өтүшүн түшүндүрүүчү мыйзам. Жылуулук жана жумуш энергиянын бир түрү эмес , ал объектилердин ортосунда, объектилер менен тирүү жандыктардын ортосунда же тирүү жандыктардын ортосунда энергиянын өтүшүнө гана катышат.
Термодинамиканын биринчи мыйзамында биз жаңы чоңдук менен да таанышабыз: ички энергия (U). Ички энергия - бул молекулалардын жалпы кинетикалык энергиясы жана молекуланы түзгөн атомдордун өз ара аракеттенүүсүнөн же объектини же тирүү жандыкты түзгөн молекулалардын өз ара аракеттенүүсүнөн келип чыккан потенциалдык энергия. Ар бир объект атомдордон же молекулалардан турат. Ошондуктан, ааламдагы ар бир объекттин ички энергиясы болушу керек. Жылуулук жана жумуш менен байланышкан ар бир энергия алмашуу процесси ички энергиянын өзгөрүшүнө алып келет.
