ऊर्जा संवर्धनाचा नियम

ऊर्जा संवर्धनाच्या नियमाबद्दलचा लेख

ऊर्जेचे प्रकार

आपल्या दैनंदिन जीवनात ऊर्जेची अनेक रूपे आढळतात. कार्य आणि ऊर्जा या विषयात, आपल्याला यांत्रिक ऊर्जेच्या दोन प्रकारांची ओळख झाली आहे: स्थितिज ऊर्जा आणि गतिज ऊर्जा . स्थितिज ऊर्जेमध्ये गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा, स्थितिस्थापक ऊर्जा आणि विद्युत ऊर्जा यांसारख्या अनेक प्रकारांचा समावेश होतो . गतिज ऊर्जेमध्ये स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जा आणि परिभ्रमणीय गतिज ऊर्जा या दोन प्रकारांचा समावेश होतो.

एका स्वादिष्ट, पिकलेल्या आंब्यामध्ये त्याच्या देठाला लटकल्यामुळे गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा असते. जेव्हा तुम्ही जमिनीपासून एका विशिष्ट उंचीवर असता, उदाहरणार्थ, छतावर, तेव्हाही असेच घडते. पृथ्वीच्या सापेक्ष असलेल्या त्याच्या स्थितीमुळे एखाद्या वस्तूमध्ये गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा असते.

गोफणीच्या ताणलेल्या रबरबँडमध्ये स्थितिज ऊर्जा असते. ताणलेल्या रबरमध्ये असलेल्या स्थितिज ऊर्जेमुळे गोफण दगड फेकू शकते. त्याचप्रमाणे, धनुर्धराने ताणलेल्या धनुष्यात असलेल्या स्थितिज ऊर्जेमुळे ते धनुष्य बाणाला पुढे ढकलू शकते.

मोठ्या आकाराच्या पदार्थांमध्ये असलेल्या आणि आपण दैनंदिन जीवनात अनेकदा पाहतो त्या स्थितिज आणि गतिज ऊर्जेव्यतिरिक्त, ऊर्जेची इतर रूपे देखील आहेत. यामध्ये विद्युत ऊर्जा, अणुऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा इत्यादींचा समावेश होतो. गतिज सिद्धांताच्या उदयानंतर असे म्हटले गेले की, ऊर्जेची इतर रूपे (विद्युत ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा इत्यादी) ही अणू किंवा रेणू स्तरावरील गतिज ऊर्जा किंवा स्थितिज ऊर्जा आहे. अन्न आणि इंधनामध्ये साठवलेली रासायनिक ऊर्जा ही रेणूंमध्ये साठवलेली स्थितिज ऊर्जा मानली जाते, जी रेणू बनवणाऱ्या अणूंमधील विद्युत बलांमुळे (ज्यांना रासायनिक बंध असेही म्हणतात) निर्माण होते. विद्युत ऊर्जा, चुंबकीय ऊर्जा, अणुऊर्जा यांना देखील अणू स्तरावरील गतिज ऊर्जा किंवा स्थितिज ऊर्जा मानले जाऊ शकते.

ऊर्जेच्या स्वरूपातील बदल

हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की ऊर्जा एका रूपातून दुसऱ्या रूपात बदलू शकते. स्थूल पातळीवर, आपल्याला ऊर्जा परिवर्तनाची असंख्य उदाहरणे आढळतात. देठाला लटकलेल्या आंब्यामध्ये गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा असते. जसा आंबा जमिनीकडे पडतो, तशी जमिनीकडे जाताना त्याच्या मार्गात त्याची स्थितिज ऊर्जा कमी होते. तो खाली पडू लागताच, स्थितिज ऊर्जा कमी होते कारण जमिनीपासून आंब्याचे उभे अंतर कमी होते. स्थिर गुरुत्वीय प्रवेगामुळे आंब्याचा वेग वाढतो, त्यामुळे या ऊर्जेचे स्थितिज ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते. ताणलेल्या गोफणीमध्ये साठवलेली स्थितिज ऊर्जा, गोफणीचा ताण सोडल्यावर दगडाच्या स्थितिज ऊर्जेमध्ये रूपांतरित होऊ शकते... एका वक्र धनुष्यामध्ये सुद्धा स्थितिज ऊर्जा असते.

वक्र धनुष्यातील स्थितिज ऊर्जेचे बाणाच्या स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जेमध्ये रूपांतर होऊ शकते. सूक्ष्म पातळीवरही आपल्याला ऊर्जा रूपांतरणाची उदाहरणे आढळतात. जेव्हा तुम्ही निऑन दिवा चालू करता, तेव्हा विद्युत ऊर्जेचे एकाच वेळी प्रकाश ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते. दुसरे उदाहरण म्हणजे विद्युत ऊर्जेचे परिभ्रमणीय गतिज ऊर्जेमध्ये होणारे रूपांतर (उदा. पंखा), इत्यादी. विद्युत ऊर्जेच्या रूपांतरणाची ही प्रक्रिया वास्तविकतः अणू किंवा रेणू पातळीवर स्थितिज ऊर्जा आणि गतिज ऊर्जा यांच्यातील बदलामुळे घडते.

ऊर्जेच्या स्वरूपातील बदलांमध्ये सामान्यतः एका वस्तूपासून दुसऱ्या वस्तूकडे ऊर्जेचे हस्तांतरण होते.

ऊर्जा रूपांतरणामध्ये सामान्यतः एका वस्तूपासून दुसऱ्या वस्तूकडे ऊर्जेचे हस्तांतरण होते. एका वक्र धनुष्यामध्ये स्थितिज ऊर्जा असते. जेव्हा धनुष्य ओढले जाते, तेव्हा धनुष्याच्या स्थितिज ऊर्जेचे बाणाच्या स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते. त्याच वेळी, धनुष्याकडून बाणाकडे ऊर्जा हस्तांतरित होते. जेव्हा तुम्ही बंद पडलेली मोटारसायकल ढकलतात, तेव्हा तुमच्या शरीरातील रासायनिक स्थितिज ऊर्जेचे मोटारसायकलच्या स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते. त्याच वेळी, तुमच्याकडून मोटारसायकलकडे ऊर्जा हस्तांतरित होते. धरणाच्या माथ्यावरील पाण्यामध्ये गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा असते. जेव्हा पाणी खाली पडते, तेव्हा त्याच्या गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जेचे त्याच्या स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते. खाली पडणारे पाणी नंतर टर्बाइन चालवते. जेव्हा पाणी टर्बाइन चालवते, तेव्हा त्याच्या स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जेचे त्याच्या परिभ्रमणीय गतिज ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते. त्याच वेळी, पाण्याकडून टर्बाइनकडे ऊर्जा हस्तांतरित होते.

जेव्हा ऊर्जेचे हस्तांतरण होते, तेव्हा नेहमी कार्य केले जाते.

पूर्वी चर्चा केलेल्या प्रत्येक उदाहरणात , ऊर्जेच्या हस्तांतरणासोबत नेहमीच प्रयत्न केला जातो. जेव्हा ऊर्जा धनुष्याकडून बाणाकडे जाते, तेव्हा धनुष्य बाणावर कार्य करते. जेव्हा ऊर्जा तुमच्याकडून मोटरसायकलकडे जाते, तेव्हा तुम्ही मोटरसायकलवर कार्य करता. जेव्हा ऊर्जा पाण्याकडून टर्बाइनकडे जाते, तेव्हा पाणी टर्बाइनवर कार्य करते. जर कोणतेही कार्य केले गेले नसते, तर धनुष्य सोडल्यावर बाणाला हलणे अशक्य झाले असते, तसेच नादुरुस्त मोटरसायकलला ढकलल्यावर ती हलली नसती. हेच टर्बाइनच्या बाबतीतही खरे आहे. परंतु प्रत्यक्षात, बाण, नादुरुस्त मोटरसायकल आणि टर्बाइन हे सर्व हलतात . यावरून असा निष्कर्ष काढता येतो की, जेव्हा ऊर्जा एका वस्तूपासून दुसऱ्या वस्तूकडे जाते, तेव्हा नेहमीच प्रयत्न (W) केला जातो.

ऊर्जा नेहमी एका वस्तूपासून दुसऱ्या वस्तूमध्ये रूप बदलते हे माहीत असूनही , शास्त्रज्ञांना असा निष्कर्ष काढता आलेला नाही की ऊर्जेचे संवर्धन होते . उष्णतेच्या अस्तित्वामुळे शास्त्रज्ञ गोंधळात पडले आहेत. उष्णता नेहमी घर्षणामुळे निर्माण होते. उदाहरणार्थ, तुम्ही जमिनीवर असलेल्या एका ठोकळ्याला ढकलता. जेव्हा तुम्ही ठोकळ्याला ढकलतात, तेव्हा तुमच्या शरीरातील रासायनिक स्थितिज ऊर्जेचे रूपांतर ठोकळ्याच्या स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जेमध्ये होते. त्याच वेळी, तुमच्याकडून ठोकळ्याकडे ऊर्जेचे हस्तांतरण होते. जेव्हा तुमच्याकडून ठोकळ्याकडे ऊर्जेचे हस्तांतरण होते, तेव्हा तुम्ही ठोकळ्यावर कार्य करता (W = Fs). साहजिकच, ठोकळा हलतो.

हलल्यानंतर, ठोकळा सहसा थांबतो. घर्षणामुळे ठोकळा थांबतो. जिथे घर्षण असते, तिथे उष्णता असते. आपले तळवे एकमेकांवर घासून बघा . तुमचे तळवे गरम लागतात, बरोबर ना ? ठोकळ्याच्या बाबतीतही असेच घडते. घर्षणामुळे जमिनीचा पृष्ठभाग आणि ठोकळ्याचा तळ गरम होतो . घर्षणाला क्षयकारी बल असेही म्हणतात, कारण ते एकूण यांत्रिक ऊर्जा (यांत्रिक ऊर्जा = स्थितिज ऊर्जा + गतिज ऊर्जा) कमी करते किंवा नाहीशी करते. या प्रकरणात, घर्षण बल ठोकळ्याची स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जा नाहीशी करते. ठोकळ्याची स्थानांतरणीय गतिज ऊर्जा ही रासायनिक स्थितिज ऊर्जेतून येते.

कॅलरीज

Sएकोणिसाव्या शतकापूर्वी, कोणत्याही शास्त्रज्ञाला माहित नव्हते apa itu उष्णता किंवा उष्णता. असा एक सिद्धांत पुढे आला की उष्णता हा एक विशिष्ट प्रकारचा पदार्थ आहे (या पदार्थाला कॅलरी म्हणतात). पण पदार्थांची उपस्थिती बर्नामा कॅलरी सिद्ध करता येत नाही त्याचे अस्तित्व. सेजक १८३० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात, जेम्स जूल (१८१८-१८८९)) यांनी एक प्रयोग केला आणि त्यांना असे आढळले की गमावलेली गतिज ऊर्जा नेहमी सारखीच असते जणू काहीr परिणामी.

उष्णता किंवा गतिज ऊर्जा नाहीk स्वतंत्रपणे शाश्वत आहेत. जे नेहमी शाश्वत असते ते म्हणजे गतिज ऊर्जा आणि उष्णतेचे एकूण प्रमाण. आपल्या प्रयोगांच्या निकालांच्या आधारे, ज्यूलने उष्णता हस्तांतरणाशी तुलना केली. दारी उच्च तापमानाच्या वस्तू (गरम वस्तू) ke कमी तापमानाच्या वस्तू (थंड वस्तू). Jओउलेने असा निष्कर्ष काढला की जरr आहेn ऊर्जा जीg तापमानातील फरकामुळे होणारी हालचाल. स्थूल दृष्टिकोनातून ही उष्णतेची व्याख्या आहे. सूक्ष्म दृष्टिकोनातून, उष्णता स्पष्ट केली जाऊ शकते गतिज सिद्धांताचा वापर करून.

वायूंच्या गतिज सिद्धांताच्या विषयात आपण शिकलो की, एखाद्या वस्तूचे तापमान हे त्या वस्तूची रचना करणाऱ्या रेणूंच्या गतिज ऊर्जेचे मोजमाप असते. वस्तूचे तापमान जितके जास्त असते, तितकीच त्या वस्तूची रचना करणाऱ्या रेणूंची गतिज ऊर्जा जास्त असते. गतिज ऊर्जा ही गतीच्या वेगाशी संबंधित असते. रेणूंची गतिज ऊर्जा जितकी जास्त (जास्त EK), तितकाच त्यांच्या गतीचा वेग (जास्त v) जास्त असतो. जर आपण जास्त तापमानाच्या वस्तूला (गरम वस्तू) कमी तापमानाच्या वस्तूने (थंड वस्तू) स्पर्श केला, तर उष्णता आपोआप जास्त तापमानाच्या वस्तूकडून कमी तापमानाच्या वस्तूकडे वाहते . जेव्हा वस्तूचे तापमान वाढते, तेव्हा त्या वस्तूची रचना करणाऱ्या रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते (रेणूंच्या गतीचा वेग वाढतो). यावरून असा निष्कर्ष काढता येतो की, उष्णता ही वेगाने फिरणाऱ्या रेणूंची गतिज ऊर्जा आहे.

उष्णता ही तापमानातील फरकामुळे गतिमान होणारी ऊर्जा आहे (स्थूल व्याख्या) किंवा उष्णता ही वेगाने फिरणाऱ्या रेणूंची गतिज ऊर्जा आहे (सूक्ष्म व्याख्या), हे समजल्यानंतर शास्त्रज्ञांनी अखेरीस ऊर्जा अक्षय्यतेचा नियम मांडला :

ऊर्जा एका रूपातून दुसऱ्या रूपात बदलू शकते, एका वस्तूतून दुसऱ्या वस्तूत जाऊ शकते, परंतु एकूण ऊर्जा कधीही कमी किंवा जास्त होत नाही.

ऊर्जेच्या स्वरूपातील बदलांमध्ये एका वस्तूपासून दुसऱ्या वस्तूकडे ऊर्जेचे हस्तांतरण होते . ऊर्जेच्या प्रत्येक हस्तांतरणासोबत नेहमी प्रयत्न किंवा कार्य केले जाते. शास्त्रज्ञांच्या प्रयोगांच्या आणि विश्लेषणाच्या निष्कर्षांवरून हे ज्ञात आहे की, उष्णता ही तापमानातील फरकामुळे हस्तांतरित होणारी ऊर्जा आहे (स्थूल समज) किंवा उष्णता ही वेगाने फिरणाऱ्या रेणूंची गतिज ऊर्जा आहे (सूक्ष्म समज). आपण असे म्हणू शकतो की, ऊर्जेच्या हस्तांतरणामध्ये कार्य (W) आणि उष्णता (Q) यांचा समावेश असतो. औष्णिक गतिकीचा पहिला नियम हा उष्णता आणि कार्याचा समावेश असलेल्या ऊर्जेच्या हस्तांतरणाचे स्पष्टीकरण देणारा नियम आहे. उष्णता आणि कार्य हे ऊर्जेचे स्वरूप नाहीत , तर ते केवळ वस्तूंमध्ये, वस्तू आणि सजीवांमध्ये किंवा सजीवांमध्ये होणाऱ्या ऊर्जेच्या हस्तांतरणामध्ये सामील असतात.

उष्मागतिकीच्या पहिल्या नियमात, आपल्याला एका नवीन राशीची ओळख होते : आंतरिक ऊर्जा (U). आंतरिक ऊर्जा म्हणजे रेणूंची एकूण गतिज ऊर्जा आणि रेणू बनवणाऱ्या अणूंमधील आंतरक्रिया किंवा एखादी वस्तू किंवा सजीव बनवणाऱ्या रेणूंमधील आंतरक्रियांमुळे निर्माण होणारी स्थितिज ऊर्जा होय. प्रत्येक वस्तू अणू किंवा रेणूंनी बनलेली असते. म्हणून, विश्वातील प्रत्येक वस्तूला आंतरिक ऊर्जा असलीच पाहिजे. उष्णता आणि कार्याचा समावेश असलेल्या प्रत्येक ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रियेमुळे आंतरिक ऊर्जेत बदल होतो.