Artikel tentang Hukum Keabadian Tenaga
Bentuk tenaga
Dalam kehidupan seharian kita, terdapat pelbagai bentuk tenaga. Dalam topik kerja dan tenaga, kita telah diperkenalkan kepada dua bentuk tenaga mekanikal: tenaga keupayaan dan tenaga kinetik . Tenaga keupayaan terdiri daripada beberapa jenis, termasuk tenaga graviti, tenaga anjal dan tenaga elektrik . Tenaga kinetik terdiri daripada dua jenis: tenaga kinetik translasi dan tenaga kinetik putaran.
Mangga yang lazat dan masak ranum mempunyai tenaga keupayaan graviti apabila ia tergantung pada batangnya. Perkara yang sama berlaku apabila anda berada pada ketinggian tertentu dari tanah, contohnya, di atas bumbung. Sesuatu objek mempunyai tenaga keupayaan graviti disebabkan kedudukannya relatif kepada Bumi.
Gelang getah lastik yang diregangkan mempunyai tenaga keupayaan elastik. Lastik boleh melancarkan batu disebabkan oleh tenaga keupayaan elastik yang terkandung dalam getah yang diregangkan. Begitu juga, busur yang ditarik oleh pemanah boleh mendorong anak panah disebabkan oleh tenaga keupayaan elastik yang terkandung dalam busur yang diregangkan.
Selain tenaga keupayaan dan kinetik yang dimiliki oleh jirim bersaiz besar dan yang sering kita lihat dalam kehidupan seharian, terdapat juga bentuk tenaga lain. Terdapat tenaga elektrik, tenaga nuklear, tenaga kimia, dan sebagainya. Selepas kemunculan teori kinetik, dikatakan bahawa tenaga dalam bentuk lain (tenaga elektrik, tenaga kimia, dan sebagainya) adalah tenaga kinetik atau tenaga keupayaan pada peringkat atom atau molekul. Tenaga kimia yang disimpan dalam makanan dan bahan api dianggap sebagai tenaga keupayaan yang disimpan dalam molekul, disebabkan oleh daya elektrik antara atom yang membentuk molekul (juga dikenali sebagai ikatan kimia). Tenaga elektrik, tenaga magnet, tenaga nuklear juga boleh dianggap sebagai tenaga kinetik atau tenaga keupayaan pada skala atom.
Perubahan dalam bentuk tenaga
Penting untuk diperhatikan bahawa tenaga boleh berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Pada tahap makroskopik, kita boleh menemui banyak contoh transformasi tenaga. Sebiji mangga yang tergantung pada batangnya mempunyai tenaga keupayaan graviti. Apabila mangga jatuh ke tanah, tenaga keupayaannya berkurangan di sepanjang laluannya ke arah tanah. Apabila ia mula jatuh, tenaga keupayaan berkurangan kerana jarak menegak mangga dari tanah berkurangan. Tenaga ini berubah menjadi tenaga kinetik translasi kerana kelajuan mangga meningkat disebabkan oleh pecutan graviti yang malar. Tenaga keupayaan elastik yang tersimpan dalam lastik yang diregangkan boleh berubah menjadi tenaga kinetik translasi batu apabila tarikan lastik dilepaskan... busur melengkung juga mempunyai tenaga keupayaan elastik.
Tenaga keupayaan elastik dalam busur melengkung boleh diubah menjadi tenaga kinetik translasi anak panah. Pada peringkat mikroskopik, kita juga boleh menemui contoh transformasi tenaga. Apabila anda menghidupkan lampu neon, tenaga elektrik diubah secara serentak menjadi tenaga cahaya. Satu lagi contoh ialah transformasi tenaga elektrik kepada tenaga kinetik putaran (kipas), dsb. Proses transformasi tenaga elektrik ini sebenarnya disebabkan oleh perubahan antara tenaga keupayaan dan tenaga kinetik pada peringkat atom atau molekul.
Perubahan dalam bentuk tenaga biasanya melibatkan pemindahan tenaga dari satu objek ke objek yang lain.
Transformasi tenaga biasanya melibatkan pemindahan tenaga dari satu objek ke objek yang lain. Busur melengkung mempunyai tenaga keupayaan elastik. Apabila busur ditarik, tenaga keupayaan elastik busur berubah menjadi tenaga kinetik translasi anak panah. Pada masa yang sama, tenaga dipindahkan dari busur ke anak panah. Apabila anda menolak motosikal yang terhenti, tenaga keupayaan kimia dalam badan anda berubah menjadi tenaga kinetik translasi motosikal. Pada masa yang sama, tenaga dipindahkan dari anda ke motosikal. Air di bahagian atas empangan mempunyai tenaga keupayaan graviti. Apabila air jatuh, tenaga keupayaan gravitinya berubah menjadi tenaga kinetik translasinya. Air yang jatuh kemudian memacu turbin. Apabila air memacu turbin, tenaga kinetik translasinya berubah menjadi tenaga kinetik putarannya. Pada masa yang sama, tenaga dipindahkan dari air ke turbin.
Kerja sentiasa dilakukan apabila tenaga dipindahkan.
Dalam setiap contoh yang dibincangkan sebelum ini , pemindahan tenaga sentiasa disertai dengan usaha. Apabila tenaga bergerak dari busur ke anak panah, busur berfungsi pada anak panah. Apabila tenaga bergerak dari anda ke motosikal, anda juga berfungsi pada motosikal. Apabila tenaga bergerak dari air ke turbin, air berfungsi pada turbin. Jika tiada kerja dilakukan, mustahil anak panah bergerak apabila busur dilepaskan, begitu juga motosikal yang rosak tidak akan bergerak apabila ditolak. Perkara yang sama berlaku untuk turbin. Tetapi pada hakikatnya, anak panah, motosikal yang rosak, dan turbin bergerak . Dapat disimpulkan bahawa usaha (W) sentiasa dilakukan apabila tenaga bergerak dari satu objek ke objek yang lain.
Walaupun mereka tahu bahawa tenaga sentiasa berubah bentuk dari satu objek ke objek yang lain, saintis belum dapat membuat kesimpulan bahawa tenaga adalah jimat. Saintis keliru dengan kewujudan haba. Haba sentiasa muncul disebabkan oleh geseran. Contohnya, anda menolak bongkah yang berada di atas lantai. Apabila anda menolak bongkah itu, tenaga keupayaan kimia dalam badan anda mengubah bentuk menjadi tenaga kinetik translasi bongkah tersebut. Pada masa yang sama, tenaga dipindahkan dari anda ke bongkah tersebut. Apabila tenaga dipindahkan dari anda ke bongkah tersebut, anda melakukan kerja pada bongkah tersebut (W = Fs). Sudah tentu, bongkah itu bergerak.
Selepas bergerak, bongkah biasanya berhenti. Bongkah berhenti disebabkan oleh geseran. Di mana terdapat geseran, di situ terdapat haba. Cuba gosok tapak tangan anda bersama-sama. Tapak tangan anda terasa panas, bukan ? Perkara yang sama berlaku pada bongkah. Permukaan lantai dan tapak bongkah menjadi panas akibat geseran. Geseran juga dipanggil daya lesap kerana ia mengurangkan atau menghapuskan jumlah tenaga mekanikal (tenaga mekanikal = tenaga keupayaan + tenaga kinetik). Dalam kes ini, daya geseran menghapuskan tenaga kinetik translasi bongkah. Tenaga kinetik translasi bongkah berasal daripada tenaga keupayaan kimia.
Kalori
SSebelum abad kesembilan belas, tiada saintis yang tahu apa itu haba atau haba. Satu teori muncul bahawa haba adalah sejenis bahan tertentu (bahan ini dipanggil kalori). Tetapi kehadiran bahan-bahan bernama kalori tidak dapat dibuktikan kewujudannya. Sejak akhir 1830-an, James Joule (1818-1889) menjalankan satu eksperimen dan mendapati bahawa Tenaga kinetik yang hilang sentiasa sama seolah-olahr terhasil daripada.
Bukan haba mahupun tenaga kinetikk adalah abadi secara berasingan. Apa yang sentiasa abadi ialah jumlah tenaga kinetik dan haba. Berdasarkan hasil eksperimennya, Joule membuat perbandingan dengan pemindahan haba daripada objek suhu tinggi (objek panas) ke objek suhu rendah (objek sejuk). Joule membuat kesimpulan bahawa jikar ialahn tenaga yangg bergerak disebabkan oleh perbezaan suhu. Ini adalah definisi haba dari sudut pandangan makroskopik. Dari sudut pandangan mikroskopik, haba boleh dijelaskan menggunakan teori kinetik.
Dalam topik teori kinetik gas, kita mempelajari bahawa suhu sesuatu objek adalah ukuran tenaga kinetik molekul yang membentuk objek tersebut. Semakin tinggi suhu sesuatu objek, semakin besar tenaga kinetik molekul yang membentuk objek tersebut. Tenaga kinetik berkaitan dengan kelajuan gerakan. Semakin besar tenaga kinetik (EK yang lebih tinggi) molekul, semakin besar kelajuan gerakan (v yang lebih tinggi) molekul tersebut. Jika kita menyentuh objek bersuhu tinggi (objek panas) dengan objek bersuhu rendah (objek sejuk), haba secara automatik mengalir dari objek bersuhu tinggi ke objek bersuhu rendah . Apabila suhu sesuatu objek meningkat, tenaga kinetik molekul yang membentuk objek meningkat (kelajuan gerakan molekul meningkat). Dapat disimpulkan bahawa haba adalah tenaga kinetik molekul yang bergerak pantas.
Setelah mengetahui bahawa haba ialah tenaga yang bergerak disebabkan oleh perbezaan suhu (takrifan makroskopik) atau haba ialah tenaga kinetik molekul yang bergerak pantas (takrifan mikroskopik), saintis akhirnya merumuskan hukum pemuliharaan tenaga:
Tenaga boleh berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, bergerak dari satu objek ke objek yang lain, tetapi jumlah tenaga tidak pernah berkurang atau bertambah.
Perubahan bentuk tenaga melibatkan pemindahan tenaga dari satu objek ke objek yang lain. Setiap pemindahan tenaga sentiasa disertai dengan usaha atau kerja. Berdasarkan hasil eksperimen dan analisis oleh saintis, diketahui bahawa haba sebenarnya adalah tenaga yang dipindahkan disebabkan oleh perbezaan suhu (pemahaman makroskopik) atau haba adalah tenaga kinetik molekul yang bergerak pantas (pemahaman mikroskopik). Kita boleh mengatakan bahawa kerja (W) dan haba (Q) terlibat dalam pemindahan tenaga. Hukum termodinamik pertama adalah hukum yang menjelaskan pemindahan tenaga yang melibatkan haba dan kerja. Haba dan kerja bukanlah satu bentuk tenaga , tetapi hanya terlibat dalam pemindahan tenaga antara objek, antara objek dan makhluk hidup, atau antara makhluk hidup.
Dalam hukum termodinamik pertama, kita juga mengenali kuantiti baharu: tenaga dalaman (U). Tenaga dalaman ialah jumlah tenaga kinetik molekul dan tenaga keupayaan yang timbul daripada interaksi antara atom yang membentuk molekul atau interaksi antara molekul yang membentuk objek atau makhluk hidup. Setiap objek terdiri daripada atom atau molekul. Oleh itu, setiap objek di alam semesta mesti mempunyai tenaga dalaman. Setiap proses pemindahan tenaga yang melibatkan haba dan kerja akan mengakibatkan perubahan dalam tenaga dalaman.
