Эрчим хүч хадгалагдах хуулийн тухай нийтлэл
Эрчим хүчний хэлбэрүүд
Бидний өдөр тутмын амьдралд энергийн олон хэлбэр байдаг. Ажил ба энергийн сэдвээр бид механик энергийн хоёр хэлбэртэй танилцсан: потенциал энерги ба кинетик энерги . Потенциал энерги нь таталцлын энерги, уян хатан энерги, цахилгаан энерги зэрэг хэд хэдэн төрлөөс бүрдэнэ . Кинетик энерги нь хоёр төрлөөс бүрдэнэ: шилжилтийн кинетик энерги ба эргэлтийн кинетик энерги.
Амттай, боловсорсон манго нь ишнээсээ унжихдаа таталцлын потенциал энергитэй байдаг. Үүнтэй адил зүйл та газраас тодорхой өндөрт, жишээлбэл, дээвэр дээр байх үед тохиолддог. Дэлхийтэй харьцангуй байрлалаасаа шалтгаалан объект нь таталцлын потенциал энергитэй байдаг.
Чамбарын сунгасан резин нь уян хатан потенциал энергитэй. Чамбар нь сунгасан резинэнд агуулагдах уян хатан потенциал энергийн улмаас чулуу шидэж чаддаг. Үүнтэй адилаар, харваачийн татсан нум нь сунгасан нумд агуулагдах уян хатан потенциал энергийн улмаас сумыг хөдөлгөж чаддаг.
Том хэмжээтэй материйн эзэмшдэг, бидний өдөр тутмын амьдралд байнга хардаг потенциал ба кинетик энергиэс гадна энергийн бусад хэлбэрүүд бас байдаг. Цахилгаан энерги, цөмийн энерги, химийн энерги гэх мэт байдаг. Кинетик онол гарч ирсний дараа бусад хэлбэрийн энерги (цахилгаан энерги, химийн энерги гэх мэт) нь атом эсвэл молекулын түвшинд кинетик энерги буюу потенциал энерги гэж үздэг болсон. Хүнс болон түлшинд хадгалагдсан химийн энергийг молекулуудад хадгалагдсан потенциал энерги гэж үздэг бөгөөд энэ нь молекулуудыг бүрдүүлдэг атомуудын хоорондох цахилгаан хүчнээс (химийн холбоо гэж нэрлэдэг) шалтгаалдаг. Цахилгаан энерги, соронзон энерги, цөмийн энергийг атомын хэмжээнд кинетик энерги эсвэл потенциал энерги гэж үзэж болно.
Эрчим хүчний хэлбэрийн өөрчлөлт
Энерги нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжиж болохыг тэмдэглэх нь чухал юм. Макроскопийн түвшинд бид энергийн хувиргалтын тоо томшгүй олон жишээг олж болно. Ишнээсээ унжсан манго нь таталцлын потенциал энергитэй байдаг. Манго газарт унах үед түүний потенциал энерги нь газар руу чиглэсэн замдаа буурдаг. Унаж эхлэхэд манго газраас босоо зай багасдаг тул потенциал энерги буурдаг. Энэ энерги нь таталцлын тогтмол хурдатгалын улмаас мангогийн хурд нэмэгддэг тул шилжилтийн кинетик энерги болж хувирдаг. Сунгасан чавханд хадгалагдсан уян хатан потенциал энерги нь чавхны татах хүч сулрах үед чулууны шилжилтийн кинетик энерги болж хувирдаг... муруй нум нь мөн уян хатан потенциал энергитэй байдаг.
Муруй нум дахь уян харимхай потенциал энергийг сумны шилжилтийн кинетик энерги болгон хувиргаж болно. Микроскопийн түвшинд бид энергийн хувиргалтын жишээг олж болно. Неон гэрлийг асаахад цахилгаан энерги нэгэн зэрэг гэрлийн энерги болж хувирдаг. Өөр нэг жишээ бол цахилгаан энергийг эргэлтийн кинетик энерги (сэнс) болгон хувиргах гэх мэт. Цахилгаан энергийг хувиргах энэхүү үйл явц нь үнэндээ атом эсвэл молекулын түвшинд потенциал энерги ба кинетик энергийн хоорондох өөрчлөлтөөс үүдэлтэй юм.
Эрчим хүчний хэлбэрийн өөрчлөлт нь ихэвчлэн нэг объектоос нөгөө объект руу энерги шилжүүлэхтэй холбоотой байдаг.
Эрчим хүчний хувиргалт нь ихэвчлэн нэг объектоос нөгөө объект руу энерги дамжуулахтай холбоотой байдаг. Муруй нум нь уян хатан потенциал энергитэй байдаг. Нумыг татахад нумын уян хатан потенциал энерги нь сумны хөрвөлт кинетик энерги болж өөрчлөгддөг. Үүний зэрэгцээ энерги нь нумнаас сум руу шилждэг. Та зогссон мотоциклийг түлхэхэд таны бие дэх химийн потенциал энерги нь мотоциклийн хөрвөлт кинетик энерги болж өөрчлөгддөг. Үүний зэрэгцээ энерги танаас мотоцикл руу шилждэг. Далангийн орой дээрх ус нь таталцлын потенциал энергитэй байдаг. Ус унах үед түүний таталцлын потенциал энерги нь хөрвөлт кинетик энерги болж өөрчлөгддөг. Дараа нь унаж буй ус нь турбиныг хөдөлгөдөг. Ус нь турбиныг хөдөлгөхөд түүний хөрвөлт кинетик энерги нь эргэлтийн кинетик энерги болж өөрчлөгддөг. Үүний зэрэгцээ энерги нь уснаас турбин руу шилждэг.
Эрчим хүч шилжих үед ажил үргэлж хийгддэг.
Өмнө нь авч үзсэн жишээ бүрт энергийн дамжуулалт үргэлж хүчин чармайлттай хамт явагддаг. Энерги нумнаас сум руу шилжихэд нум нь суманд ажилладаг. Энерги танаас мотоцикл руу шилжихэд та мотоцикл дээр ажилладаг. Энерги уснаас турбин руу шилжихэд ус турбин дээр ажилладаг. Хэрэв ямар ч ажил хийгдээгүй бол нумыг суллахад сум хөдлөх боломжгүй байх байсан, мөн эвдэрсэн мотоцикл түлхэхэд хөдлөхгүй байх байсан. Турбины хувьд ч мөн адил. Гэвч бодит байдал дээр сум, эвдэрсэн мотоцикл, турбин хөдөлдөг . Энерги нэг объектоос нөгөө объект руу шилжихэд хүчин чармайлт (W) үргэлж хийгддэг гэж дүгнэж болно.
Эрдэмтэд энерги нэг объектоос нөгөө объект руу үргэлж хэлбэрээ өөрчилдөг гэдгийг мэддэг ч энерги хадгалагддаг гэсэн дүгнэлтэд хүрч чадаагүй байна . Эрдэмтэд дулаан байдаг гэдэгт эргэлздэг. Дулаан үргэлж үрэлтийн улмаас үүсдэг. Жишээлбэл, та шалан дээр байгаа блокийг түлхдэг. Та блокийг түлхэхэд таны бие дэх химийн потенциал энерги нь блокийн шилжилтийн кинетик энерги болж хувирдаг. Үүний зэрэгцээ энерги танаас блок руу шилждэг. Энерги танаас блок руу шилжихэд та блок дээр ажилладаг (W = Fs). Мэдээжийн хэрэг, блок хөдөлдөг.
Хөдөлсний дараа блок ихэвчлэн зогсдог. Блок нь үрэлтийн улмаас зогсдог. Үрэлт байгаа газарт дулаан байдаг. Алгаа хооронд нь үрж үзээрэй . Таны алга дулаан мэдрэгддэг, тийм үү ? Блоктой адилхан зүйл тохиолддог. Шалны гадаргуу болон блокийн суурь нь үрэлтийн улмаас дулаардаг . Үрэлтийг мөн диссипатив хүч гэж нэрлэдэг, учир нь энэ нь нийт механик энергийг (механик энерги = потенциал энерги + кинетик энерги) бууруулдаг эсвэл үгүй болгодог. Энэ тохиолдолд үрэлтийн хүч нь блокийн шилжилтийн кинетик энергийг үгүй хийдэг. Блокийн шилжилтийн кинетик энерги нь химийн потенциал энергиэс гардаг.
Калори
SАрван есдүгээр зуунаас өмнө ямар ч эрдэмтэн мэддэггүй байсан Тэр юу вэ? дулаан эсвэл дулаан. Дулаан нь тодорхой төрлийн бодис гэсэн онол гарч ирсэн (энэ бодисыг илчлэг гэж нэрлэдэг). Гэхдээ бодисын оршихуй Бернама илчлэгийг батлах боломжгүй түүний оршин тогтнол. Түүнээс хойш 1830-аад оны сүүлч, Жеймс Жоул (1818-1889)) туршилт хийж, үүнийг тогтоожээ алдагдсан кинетик энерги үргэлж ижил байдагr үр дүнд бий болсон.
Дулаан ч, кинетик энерги ч бишk тус тусад нь мөнх байдаг. Үргэлж мөнх байдаг зүйл бол кинетик энерги ба дулааны нийт хэмжээ юм. Жоул туршилтынхаа үр дүнд үндэслэн дулаан дамжуулалттай харьцуулалт хийсэн. дари өндөр температуртай объектууд (халуун объектууд) ke бага температуртай объектууд (хүйтэн объектууд). Jхэрэв Оул үүнийг дүгнэсэнr болn энергиg температурын зөрүүнээс болж хөдөлдөг. Энэ бол макроскопийн үүднээс авч үзвэл дулааны тодорхойлолт юм. Микроскопийн үүднээс авч үзвэл, дулааныг тайлбарлаж болно кинетик онолыг ашиглан.
Хийн кинетик онолын сэдвээр бид объектын температур нь объектыг бүрдүүлдэг молекулуудын кинетик энергийн хэмжүүр гэдгийг мэдэж авсан. Объектын температур өндөр байх тусам объектыг бүрдүүлдэг молекулуудын кинетик энерги их байдаг. Кинетик энерги нь хөдөлгөөний хурдтай холбоотой. Молекулуудын кинетик энерги (EK өндөр) их байх тусам молекулуудын хөдөлгөөний хурд (v өндөр) их байдаг. Хэрэв бид өндөр температуртай объектыг (халуун объект) бага температуртай объекттой (хүйтэн объект) хүрвэл дулаан нь өндөр температуртай объектоос бага температуртай объект руу автоматаар урсдаг . Объектын температур нэмэгдэхэд объектыг бүрдүүлдэг молекулуудын кинетик энерги нэмэгддэг (молекулын хөдөлгөөний хурд нэмэгддэг). Дулаан нь хурдан хөдөлдөг молекулуудын кинетик энерги гэж дүгнэж болно .
Дулаан нь температурын зөрүүнээс болж хөдөлдөг энерги (макроскопийн тодорхойлолт) эсвэл дулаан нь хурдан хөдөлдөг молекулуудын кинетик энерги (микроскопийн тодорхойлолт) гэдгийг мэдсэний дараа эрдэмтэд эцэст нь энерги хадгалагдах хуулийг томъёолсон :
Энерги нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжиж, нэг объектоос нөгөө объект руу шилжиж болох ч нийт энерги хэзээ ч буурдаггүй эсвэл нэмэгддэггүй.
Эрчим хүчний хэлбэрийн өөрчлөлт нь нэг объектоос нөгөө объект руу энерги дамжуулахтай холбоотой юм . Эрчим хүчний дамжуулалт бүр үргэлж хүчин чармайлт эсвэл ажил дагалддаг. Эрдэмтдийн туршилт, дүн шинжилгээний үр дүнд үндэслэн дулаан нь үнэндээ температурын зөрүүнээс болж дамждаг энерги (макроскопийн ойлголт) эсвэл дулаан нь хурдан хөдөлдөг молекулуудын кинетик энерги (микроскопийн ойлголт) гэдгийг мэддэг. Ажил (W) ба дулаан (Q) нь энерги дамжуулахад оролцдог гэж бид хэлж чадна. Термодинамикийн нэгдүгээр хууль нь дулаан ба ажилтай холбоотой энерги дамжуулахыг тайлбарладаг хууль юм. Дулаан ба ажил нь энергийн нэг хэлбэр биш , харин зөвхөн объектуудын хооронд, объект ба амьд амьтдын хооронд эсвэл амьд амьтдын хооронд энерги дамжуулахад оролцдог.
Термодинамикийн нэгдүгээр хуульд бид шинэ хэмжигдэхүүнтэй танилцдаг : дотоод энерги (U). Дотоод энерги гэдэг нь молекулуудыг бүрдүүлдэг атомуудын хоорондох харилцан үйлчлэл эсвэл объект эсвэл амьд биетийг бүрдүүлдэг молекулуудын хоорондох харилцан үйлчлэлээс үүссэн молекулуудын нийт кинетик энерги ба потенциал энерги юм. Объект бүр атом эсвэл молекулаас бүрддэг. Тиймээс орчлон ертөнцийн объект бүр дотоод энергитэй байх ёстой. Дулаан ба ажилтай холбоотой энерги дамжуулах үйл явц бүр дотоод энергийн өөрчлөлтөд хүргэдэг.
