Articol despre Legea conservării energiei
Forme de energie
În viața noastră de zi cu zi, există multe forme de energie. În ceea ce privește lucrul mecanic și energia, am fost introduși în două forme de energie mecanică: energia potențială și energia cinetică . Energia potențială este de mai multe tipuri, inclusiv energia gravitațională, energia elastică și energia electrică . Energia cinetică este de două tipuri: energia cinetică de translație și energia cinetică de rotație.
Un mango delicios și copt are energie potențială gravitațională atunci când atârnă de tulpină. Același lucru se întâmplă și când te afli la o anumită înălțime față de sol, de exemplu, pe un acoperiș. Un obiect posedă energie potențială gravitațională datorită poziției sale față de Pământ.
Banda de cauciuc întinsă a unei praștii posedă energie potențială elastică. Praștia poate lansa o piatră datorită energiei potențiale elastice conținute în cauciucul întins. În mod similar, un arc tras de un arcaș poate propulsa o săgeată datorită energiei potențiale elastice conținute în arcul întins.
Pe lângă energia potențială și cinetică posedate de materia de dimensiuni mari și pe care o vedem adesea în viața de zi cu zi, există și alte forme de energie. Există energie electrică, energie nucleară, energie chimică etc. După apariția teoriei cinetice, s-a spus că energia sub alte forme (energie electrică, energie chimică etc.) este energie cinetică sau energie potențială la nivel atomic sau molecular. Energia chimică stocată în alimente și combustibil este considerată energie potențială stocată în molecule, datorită forțelor electrice dintre atomii care alcătuiesc moleculele (cunoscute și sub numele de legături chimice). Energia electrică, energia magnetică, energia nucleară pot fi, de asemenea, considerate energie cinetică sau energie potențială la scară atomică.
Schimbări în forma energiei
Este important de menționat că energia se poate schimba de la o formă la alta. La nivel macroscopic, putem găsi nenumărate exemple de transformări energetice. Un mango atârnat de tulpină posedă energie potențială gravitațională. Pe măsură ce mango-ul cade pe pământ, energia sa potențială scade pe parcursul traiectoriei sale spre sol. Pe măsură ce începe să cadă, energia potențială scade deoarece distanța verticală a mango-ului față de sol scade. Această energie se transformă în energie cinetică de translație deoarece viteza mango-ului crește datorită accelerației gravitaționale constante. Energia potențială elastică stocată într-o praștie întinsă se poate transforma în energia cinetică de translație a unei pietre atunci când se eliberează tracțiunea praștiei... un arc curbat posedă, de asemenea, energie potențială elastică.
Energia potențială elastică dintr-un arc curbat poate fi transformată în energia cinetică de translație a săgeții. La nivel microscopic, putem găsi și exemple de transformări energetice. Când aprindeți o lumină neon, energia electrică este transformată simultan în energie luminoasă. Un alt exemplu este transformarea energiei electrice în energie cinetică de rotație (un ventilator) etc. Acest proces de transformare a energiei electrice este de fapt cauzat de schimbarea dintre energia potențială și energia cinetică la nivel atomic sau molecular.
Schimbările de formă a energiei implică de obicei transferul de energie de la un obiect la altul.
Transformările energetice implică de obicei transferul de energie de la un obiect la altul. Un arc curbat are energie potențială elastică. Când arcul este tras, energia potențială elastică a arcului se transformă în energia cinetică de translație a săgeții. În același timp, energia este transferată de la arc la săgeată. Când împingeți o motocicletă oprită, energia potențială chimică din corpul dumneavoastră se transformă în energia cinetică de translație a motocicletei. În același timp, energia este transferată de la dumneavoastră la motocicletă. Apa din vârful unui baraj are energie potențială gravitațională. Când apa cade, energia sa potențială gravitațională se transformă în energia sa cinetică de translație. Apa care cade acționează apoi o turbină. Când apa acționează turbina, energia sa cinetică de translație se transformă în energia sa cinetică de rotație. În același timp, energia este transferată de la apă la turbină.
Lucrul mecanic se efectuează întotdeauna atunci când se transferă energie.
În fiecare dintre exemplele discutate anterior , transferul de energie este întotdeauna însoțit de efort. Când energia se deplasează de la arc la săgeată, arcul efectuează lucru mecanic asupra săgeții. Când energia se deplasează de la tine la motocicletă, tu efectuezi lucru mecanic asupra motocicletei. Când energia se deplasează de la apă la turbină, apa efectuează lucru mecanic asupra turbinei. Dacă nu s-ar efectua niciun lucru mecanic, ar fi imposibil ca săgeata să se miște atunci când arcul este eliberat și nici o motocicletă defectă nu s-ar mișca atunci când este împinsă. Același lucru este valabil și pentru turbină. Dar, în realitate, săgeata, motocicleta defectă și turbina se mișcă . Se poate concluziona că efortul (W) este întotdeauna efectuat atunci când energia se deplasează de la un obiect la altul.
Chiar dacă știu că energia își schimbă întotdeauna forma de la un obiect la altul, oamenii de știință nu au reușit să concluzioneze că energia se conservă. Oamenii de știință sunt derutați de existența căldurii. Căldura apare întotdeauna datorită frecării. De exemplu, împingi un bloc care se află pe podea. Când împingi blocul, energia potențială chimică din corpul tău își schimbă forma în energia cinetică de translație a blocului. În același timp, energia este transferată de la tine la bloc. Când energia este transferată de la tine la bloc, depui lucru mecanic asupra blocului (W = Fs). Desigur, blocul se mișcă.
După mișcare, blocul se oprește de obicei. Blocul se oprește din cauza frecării. Unde există frecare, există și căldură. Încearcă să-ți freci palmele una de alta. Palmele se simt calde, nu-i așa ? Același lucru se întâmplă și cu blocul. Suprafața podelei și baza blocului devin încălzite din cauza frecării. Frecarea este numită și forță disipativă, deoarece reduce sau elimină energia mecanică totală (energie mecanică = energie potențială + energie cinetică). În acest caz, forța de frecare elimină energia cinetică de translație a blocului. Energia cinetică de translație a blocului provine din energia potențială chimică.
Calorie
SÎnainte de secolul al XIX-lea, niciun om de știință nu știa apa itu caloric sau căldură. A apărut o teorie conform căreia căldura este un anumit tip de substanță (această substanță se numește calorică). Dar prezența substanțelor bernama caloric nu poate fi dovedit existența sa. Din moment ce sfârșitul anilor 1830, James Joule (1818-1889) a efectuat un experiment și a constatat că energia cinetică pierdută este întotdeauna aceeași ca și cumr rezultat din.
Nici căldură, nici energie cineticăk sunt eterne separat. Ceea ce este întotdeauna etern este cantitatea totală de energie cinetică și căldură. Pe baza rezultatelor experimentelor sale, Joule a făcut o comparație cu transferul de căldură Dari obiecte cu temperatură ridicată (obiecte fierbinți) ke obiecte cu temperatură scăzută (obiecte reci). Joule a concluzionat că dacăr esten energie careg mișcându-se din cauza diferențelor de temperatură. Aceasta este definiția căldurii din punct de vedere macroscopic. Din punct de vedere microscopic, căldura poate fi explicată folosind teoria cinetică.
În cadrul subiectului teoriei cinetice a gazelor, am învățat că temperatura unui obiect este o măsură a energiei cinetice a moleculelor care alcătuiesc obiectul. Cu cât temperatura unui obiect este mai mare, cu atât energia cinetică a moleculelor care îl alcătuiesc este mai mare. Energia cinetică este legată de viteza de mișcare. Cu cât energia cinetică (EK mai mare) a moleculelor este mai mare, cu atât viteza de mișcare (v mai mare) a moleculelor este mai mare. Dacă atingem un obiect cu temperatură ridicată (obiect fierbinte) cu un obiect cu temperatură scăzută (obiect rece), căldura curge automat de la obiectul cu temperatură ridicată la obiectul cu temperatură scăzută . Când temperatura unui obiect crește, energia cinetică a moleculelor care alcătuiesc obiectul crește (viteza de mișcare moleculară crește). Se poate concluziona că energia cinetică este energia cinetică a moleculelor care se mișcă rapid.
După ce au aflat că energia căldurii este energie care se mișcă datorită diferențelor de temperatură (definiție macroscopică) sau că energia cinetică a moleculelor care se mișcă rapid (definiție microscopică), oamenii de știință au formulat în cele din urmă legea conservării energiei:
Energia se poate schimba dintr-o formă în alta, se poate muta de la un obiect la altul, dar energia totală nu scade și nu crește niciodată.
Schimbările în forma energiei implică transferul de energie de la un obiect la altul. Fiecare transfer de energie este întotdeauna însoțit de efort sau lucru mecanic. Pe baza rezultatelor experimentelor și analizelor efectuate de oamenii de știință, se știe că, de fapt, căldura este energie transferată datorită diferențelor de temperatură (înțelegere macroscopică) sau căldura este energia cinetică a moleculelor care se mișcă rapid (înțelegere microscopică). Putem spune că lucrul mecanic (W) și căldura (Q) sunt implicate în transferul de energie. Prima lege a termodinamicii este o lege care explică transferul de energie care implică căldură și lucru mecanic. Căldura și lucrul mecanic nu sunt o formă de energie , ci sunt implicate doar în transferul de energie între obiecte, între obiecte și ființe vii sau între ființe vii.
În prima lege a termodinamicii, facem cunoștință și cu o nouă mărime: energia internă (U). Energia internă este energia cinetică totală a moleculelor și energia potențială care rezultă din interacțiunile dintre atomii care alcătuiesc o moleculă sau din interacțiunile dintre moleculele care alcătuiesc un obiect sau o ființă vie. Fiecare obiect este compus din atomi sau molecule. Prin urmare, fiecare obiect din univers trebuie să aibă energie internă. Fiecare proces de transfer de energie care implică căldură și lucru mecanic va duce la o modificare a energiei interne.
