Artikel iwwer d'Gesetz vun der Energieerhaltung
Forme vun Energie
An eisem Alldag gëtt et vill Forme vun Energie. Am Thema Aarbecht an Energie goufe mir mat zwou Forme vu mechanescher Energie vertraut gemaach: potenziell Energie a kinetesch Energie . Potenziell Energie besteet aus verschiddenen Zorten, dorënner Gravitatiounsenergie, elastesch Energie an elektresch Energie . Kinetesch Energie besteet aus zwou Zorten: translationell kinetesch Energie a rotativ kinetesch Energie.
Eng lecker, reif Mango huet gravitativ potenziell Energie, well se un hirem Still hänkt. Datselwecht geschitt wann Dir op enger bestëmmter Héicht iwwer dem Buedem sidd, zum Beispill op engem Daach. En Objet huet gravitativ potenziell Energie wéinst senger Positioun relativ zur Äerd.
Dat gestreckt Gummi vun enger Schleider huet elastesch potenziell Energie. D'Schleider kann e Steen werfen wéinst der elastescher potenzieller Energie, déi am gestreckte Gummi enthale ass. Ähnlech kann e Bou, deen vun engem Béischütz gespannt gëtt, e Feil dreiwen wéinst der elastescher potenzieller Energie, déi am gestreckte Bou enthale ass.
Nieft der potenzieller an kinetischer Energie, déi grouss Matière huet a mir dacks am Alldag gesinn, gëtt et och aner Forme vun Energie. Et gëtt elektresch Energie, Nuklearenergie, chemesch Energie, etc. Nom Entstoe vun der kinetischer Theorie gouf gesot, datt Energie an anere Formen (elektresch Energie, chemesch Energie, etc.) kinetesch Energie oder potenziell Energie op atomarer oder molekularer Ebene ass. Déi chemesch Energie, déi a Liewensmëttel a Brennstoff gespäichert ass, gëtt als potenziell Energie ugesinn, déi a Molekülle gespäichert ass, wéinst den elektresche Kräften tëscht den Atomer, aus deenen d'Molekülle besteet (och bekannt als chemesch Bindungen). Elektresch Energie, Magnéitenergie, Nuklearenergie kënnen och als kinetesch Energie oder potenziell Energie op atomarer Ebene ugesi ginn.
Ännerungen an der Energieform
Et ass wichteg ze bemierken, datt Energie sech vun enger Form an eng aner verännere kann. Op makroskopeschem Niveau fanne mir onzueleg Beispiller vun Energietransformatiounen. Eng Mango, déi un hirem Still hänkt, huet gravitativ potenziell Energie. Wann d'Mango op de Buedem fällt, hëlt hir potenziell Energie laanscht hire Wee Richtung Buedem of. Wann se ufänkt ze falen, hëlt déi potenziell Energie of, well déi vertikal Distanz vun der Mango vum Buedem ofhëlt. Dës Energie transforméiert sech an translationell kinetesch Energie, well d'Geschwindegkeet vun der Mango duerch déi konstant Gravitatiounsbeschleunigung eropgeet. Déi elastesch potenziell Energie, déi an enger gestreckter Schleider gespäichert ass, kann an d'translationell kinetesch Energie vun engem Steen transforméiert ginn, wann den Zuch vun der Schleider lassgelooss gëtt... e gekrëmmte Bou huet och elastesch potenziell Energie.
Déi elastesch potenziell Energie an engem gekrëmmte Bou kann an déi translativ kinetesch Energie vum Pfeil transforméiert ginn. Op mikroskopescher Ebene fanne mir och Beispiller vun Energietransformatiounen. Wann Dir en Neonluucht uschalt, gëtt elektresch Energie gläichzäiteg a Liichtenergie transforméiert. En anert Beispill ass d'Transformatioun vun elektrescher Energie a rotativ kinetesch Energie (e Ventilator), etc. Dëse Prozess vun der Transformatioun vun elektrescher Energie gëtt tatsächlech duerch d'Ännerung tëscht potenzieller Energie a kinetischer Energie op atomarer oder molekularer Ebene verursaacht.
Ännerungen an der Form vun Energie betreffen normalerweis den Transfer vun Energie vun engem Objet op en aneren.
Energietransformatioune betreffen typescherweis den Transfer vun Energie vun engem Objet op en aneren. E gekrëmmte Bou huet elastesch potenziell Energie. Wann de Bou gezunn gëtt, ännert sech déi elastesch potenziell Energie vum Bou an déi translatiounskinetesch Energie vum Pfeil. Gläichzäiteg gëtt Energie vum Bou op de Pfeil iwwerdroen. Wann Dir e stoende Motorrad dréckt, ännert sech déi chemesch potenziell Energie an Ärem Kierper an déi translatiounskinetesch Energie vum Motorrad. Gläichzäiteg gëtt Energie vun Iech op d'Motorrad iwwerdroen. Waasser uewen un engem Damm huet gravitativ potenziell Energie. Wann Waasser fällt, ännert sech seng gravitativ potenziell Energie an seng translatiounskinetesch Energie. Dat falend Waasser dréit dann eng Turbin. Wann d'Waasser d'Turbin dréit, ännert sech seng translatiounskinetesch Energie an seng rotatiounskinetesch Energie. Gläichzäiteg gëtt Energie vum Waasser op d'Turbin iwwerdroen.
Aarbecht gëtt ëmmer gemaach wann Energie iwwerdroe gëtt.
An all de Beispiller, déi virdru diskutéiert goufen , gëtt den Energietransfer ëmmer vun enger Ustrengung begleet. Wann d'Energie vum Bou op de Feil beweegt, mécht de Bou Aarbecht um Feil. Wann d'Energie vun Iech op d'Motorrad beweegt, maacht Dir Aarbecht um Motorrad. Wann d'Energie vum Waasser op d'Turbin beweegt, mécht d'Waasser Aarbecht op der Turbin. Wann keng Aarbecht gemaach géif ginn, wier et onméiglech fir de Feil sech ze beweegen, wann de Bou lassgelooss gëtt, an e futtise Motorrad géif sech och net beweegen, wann een e dréckt. Datselwecht gëllt fir d'Turbin. Awer a Wierklechkeet beweege sech de Feil, dat futtise Motorrad an d'Turbin . Et kann een dovun ausgoen, datt d'Ustrengung (W) ëmmer gemaach gëtt, wann d'Energie vun engem Objet op en aneren beweegt.
Och wann se wëssen, datt Energie ëmmer seng Form vun engem Objet zum aneren ännert , konnten d'Wëssenschaftler net schléissen, datt Energie erhale bleift . D'Wëssenschaftler si verwirrt duerch d'Existenz vun Hëtzt. Hëtzt entsteet ëmmer duerch Reibung. Zum Beispill, Dir dréckt e Block, deen um Buedem läit. Wann Dir de Block dréckt, ännert déi chemesch potenziell Energie an Ärem Kierper Form an déi translatoresch kinetesch Energie vum Block. Gläichzäiteg gëtt Energie vun Iech op de Block iwwerdroen. Wann Energie vun Iech op de Block iwwerdroe gëtt, maacht Dir Aarbecht um Block (W = Fs). Natierlech beweegt sech de Block.
Nodeem e sech beweegt huet, hält de Block normalerweis op. De Block hält wéinst Reibung op. Wou Reibung gëtt, gëtt et Hëtzt. Probéiert Är Handflächen géinteneen ze reiwen. Är Handfläche fille sech waarm un, richteg ? Datselwecht geschitt mam Block. D'Uewerfläch vum Buedem an d'Basis vum Block ginn duerch Reibung waarm . Reibung gëtt och dissipativ Kraaft genannt, well se déi total mechanesch Energie reduzéiert oder eliminéiert (mechanesch Energie = potenziell Energie + kinetesch Energie). An dësem Fall eliminéiert d'Reibungskraaft déi translatiounskinetesch Energie vum Block. Déi translatiounskinetesch Energie vum Block kënnt vun der chemescher potenzieller Energie.
Kalor
SVirum 19. Joerhonnert wousst kee Wëssenschaftler, apa asw Hëtzt oder Hëtzt. Eng Theorie ass entstanen, datt Hëtzt eng bestëmmten Zort Substanz ass (dës Substanz gëtt kaloresch genannt). Mee d'Präsenz vu Substanzen bernama Kalorien kënnen net bewisen ginn seng Existenz. Zënter Enn vun den 1830er Joren, James Joule (1818-1889)) huet en Experiment duerchgefouert a festgestallt, datt Déi verluer kinetesch Energie ass ëmmer déiselwecht wéi wannr resultéierend aus.
Weder Hëtzt nach kinetesch Energiek sinn getrennt éiweg. Wat ëmmer éiweg ass, ass déi total Quantitéit u kinetischer Energie an Hëtzt. Baséierend op de Resultater vu senge Experimenter huet de Joule e Verglach mat der Hëtztiwwerdroung gemaach durch Héichtemperaturobjeten (waarm Objeten) ke Objeten mat niddreger Temperatur (kal Objeten). JOule huet ofgeschloss, datt wannr assn Energie déig sech duerch Temperaturënnerscheeder beweegen. Dëst ass d'Definitioun vun Hëtzt aus engem makroskopesche Standpunkt. Aus engem mikroskopesche Standpunkt, Hëtzt kann erkläert ginn mat Hëllef vun der kinetescher Theorie.
Am Thema vun der kinetischer Theorie vun de Gase hu mir geléiert, datt d'Temperatur vun engem Objet e Mooss fir déi kinetesch Energie vun de Molekülle ass, aus deenen den Objet besteet. Wat méi héich d'Temperatur vun engem Objet ass, wat méi grouss d'kinetesch Energie vun de Molekülle ass, aus deenen den Objet besteet. Kinetesch Energie hänkt mat der Bewegungsgeschwindegkeet zesummen. Wat méi grouss d'kinetesch Energie (méi héich EK) vun de Molekülle ass, wat méi grouss d'Beweegungsgeschwindegkeet (méi héich v) vun de Molekülle ass. Wa mir en Objet mat héijer Temperatur (waarmen Objet) mat engem Objet mat niddreger Temperatur (kalen Objet) beréieren, fléisst d'Hëtzt automatesch vum Objet mat héijer Temperatur zum Objet mat niddreger Temperatur . Wann d'Temperatur vun engem Objet eropgeet, klëmmt déi kinetesch Energie vun de Molekülle, aus deenen den Objet besteet (d'Geschwindegkeet vun der molekularer Bewegung klëmmt). Et kann een dovun ausgoen , datt Hëtzt déi kinetesch Energie vu séier bewegende Molekülle ass.
Nodeems se woussten, datt Hëtzt Energie ass, déi sech duerch Temperaturënnerscheeder beweegt (makroskopesch Definitioun) oder datt Hëtzt déi kinetesch Energie vu séier bewegende Molekülen ass (mikroskopesch Definitioun), hunn d'Wëssenschaftler schliisslech d'Gesetz vun der Erhaalung vun der Energie formuléiert :
Energie kann sech vun enger Form an eng aner veränneren, vun engem Objet zum aneren réckelen, awer déi total Energie hëlt ni of oder erop.
Ännerungen an der Form vun Energie betreffen den Transfer vun Energie vun engem Objet zum aneren. All Transfer vun Energie gëtt ëmmer vun Ustrengung oder Aarbecht begleet. Baséierend op de Resultater vun Experimenter an Analysen vu Wëssenschaftler ass et bekannt, datt Hëtzt tatsächlech Energie ass, déi duerch Temperaturënnerscheeder transferéiert gëtt (makroskopescht Verständnis) oder Hëtzt déi kinetesch Energie vu séier beweegleche Molekülen (mikroskopescht Verständnis). Mir kënne soen, datt Aarbecht (W) an Hëtzt (Q) beim Transfer vun Energie involvéiert sinn. Dat éischt Gesetz vun der Thermodynamik ass e Gesetz, dat den Transfer vun Energie mat Hëtzt an Aarbecht erkläert. Hëtzt an Aarbecht sinn keng Form vun Energie , mä si sinn nëmmen beim Transfer vun Energie tëscht Objeten, tëscht Objeten a liewegen Déieren oder tëscht liewegen Déieren involvéiert.
Am éischte Gesetz vun der Thermodynamik léiere mir och eng nei Quantitéit kennen: d'intern Energie (U). Intern Energie ass déi total kinetesch Energie vu Moleküllen a potenziell Energie, déi aus den Interaktiounen tëscht den Atomer entsteet, déi e Moleküll ausmaachen, oder aus den Interaktiounen tëscht de Moleküller, déi en Objet oder e liewegt Wiesen ausmaachen. All Objet besteet aus Atomer oder Moleküller. Dofir muss all Objet am Universum intern Energie hunn. All Energietransferprozess, deen Hëtzt an Aarbecht involvéiert, féiert zu enger Ännerung vun der interner Energie.
