Článok o zákone zachovania energie
Formy energie
V našom každodennom živote existuje mnoho foriem energie. V téme práca a energia sme sa zoznámili s dvoma formami mechanickej energie: potenciálnou energiou a kinetickou energiou . Potenciálna energia pozostáva z niekoľkých typov, vrátane gravitačnej energie, elastickej energie a elektrickej energie . Kinetická energia pozostáva z dvoch typov: translačnej kinetickej energie a rotačnej kinetickej energie.
Chutné, zrelé mango má gravitačnú potenciálnu energiu, pretože visí na stonke. To isté sa stane, keď ste v určitej výške nad zemou, napríklad na streche. Objekt má gravitačnú potenciálnu energiu vďaka svojej polohe vzhľadom na Zemi.
Natiahnutá gumička praku má elastickú potenciálnu energiu. Prak dokáže vystreliť kameň vďaka elastickej potenciálnej energii obsiahnutej v natiahnutej gumičke. Podobne luk natiahnutý lukostrelcom môže vystreliť šíp vďaka elastickej potenciálnej energii obsiahnutej v natiahnutom luku.
Okrem potenciálnej a kinetickej energie, ktorú majú veľké hmoty a ktorú často vidíme v každodennom živote, existujú aj iné formy energie. Existuje elektrická energia, jadrová energia, chemická energia atď. Po vzniku kinetickej teórie sa hovorilo, že energia v iných formách (elektrická energia, chemická energia atď.) je kinetická energia alebo potenciálna energia na atómovej alebo molekulárnej úrovni. Chemická energia uložená v potravinách a palive sa považuje za potenciálnu energiu uloženú v molekulách v dôsledku elektrických síl medzi atómami, ktoré tvoria molekuly (známe aj ako chemické väzby). Elektrická energia, magnetická energia a jadrová energia sa môžu tiež považovať za kinetickú energiu alebo potenciálnu energiu na atómovej úrovni.
Zmeny vo forme energie
Je dôležité poznamenať, že energia sa môže meniť z jednej formy na druhú. Na makroskopickej úrovni môžeme nájsť nespočetné množstvo príkladov transformácií energie. Mango visiace na stonke má gravitačnú potenciálnu energiu. Keď mango padá na zem, jeho potenciálna energia sa pozdĺž jeho dráhy k zemi znižuje. Keď mango začína padať, potenciálna energia sa znižuje, pretože sa znižuje vertikálna vzdialenosť manga od zeme. Táto energia sa transformuje na translačnú kinetickú energiu, pretože rýchlosť manga sa zvyšuje v dôsledku konštantného gravitačného zrýchlenia. Elastická potenciálna energia uložená v natiahnutom praku sa môže transformovať na translačnú kinetickú energiu kameňa, keď sa uvoľní ťah praku... zakrivený luk má tiež elastickú potenciálnu energiu.
Elastická potenciálna energia v zakrivenom luku sa môže transformovať na translačnú kinetickú energiu šípu. Na mikroskopickej úrovni môžeme nájsť aj príklady energetických transformácií. Keď zapnete neónové svetlo, elektrická energia sa súčasne transformuje na svetelnú energiu. Ďalším príkladom je transformácia elektrickej energie na rotačnú kinetickú energiu (ventilátor) atď. Tento proces transformácie elektrickej energie je v skutočnosti spôsobený zmenou medzi potenciálnou energiou a kinetickou energiou na atómovej alebo molekulárnej úrovni.
Zmeny formy energie zvyčajne zahŕňajú prenos energie z jedného objektu na druhý.
Transformácie energie typicky zahŕňajú prenos energie z jedného objektu na druhý. Zakrivený luk má elastickú potenciálnu energiu. Keď sa luk natiahne, elastická potenciálna energia luku sa mení na translačnú kinetickú energiu šípu. Zároveň sa energia prenáša z luku na šíp. Keď tlačíte zastavený motocykel, chemická potenciálna energia vo vašom tele sa mení na translačnú kinetickú energiu motocykla. Zároveň sa energia prenáša z vás na motocykel. Voda na vrchole priehrady má gravitačnú potenciálnu energiu. Keď voda padá, jej gravitačná potenciálna energia sa mení na jej translačnú kinetickú energiu. Padajúca voda potom poháňa turbínu. Keď voda poháňa turbínu, jej translačná kinetická energia sa mení na jej rotačnú kinetickú energiu. Zároveň sa energia prenáša z vody na turbínu.
Práca sa vždy vykoná pri prenose energie.
V každom z predtým diskutovaných príkladov je prenos energie vždy sprevádzaný úsilím. Keď sa energia presúva z luku na šíp, luk vykonáva prácu na šípe. Keď sa energia presúva z vás na motocykel, vy vykonávate prácu na motocykli. Keď sa energia presúva z vody do turbíny, voda vykonáva prácu na turbíne. Ak by sa nevykonávala žiadna práca, šíp by sa pri uvoľnení luku nemohol pohnúť, ani by sa pokazený motocykel nepohol pri tlačení. To isté platí pre turbínu. V skutočnosti sa však šíp, pokazený motocykel a turbína pohybujú . Dá sa konštatovať, že sila (W) sa vždy vynakladá, keď sa energia presúva z jedného objektu na druhý.
Aj keď vedia, že energia vždy mení formu z jedného objektu na druhý, vedci nedokázali dospieť k záveru, že energia sa zachováva. Vedcov mätie existencia tepla. Teplo vždy vzniká v dôsledku trenia. Napríklad, tlačíte blok, ktorý je na podlahe. Keď tlačíte blok, chemická potenciálna energia vo vašom tele sa premení na translačnú kinetickú energiu bloku. Zároveň sa energia prenáša z vás na blok. Keď sa energia prenáša z vás na blok, vykonáte na bloku prácu (W = Fs). Blok sa samozrejme pohybuje.
Po pohybe sa blok zvyčajne zastaví. Blok sa zastaví v dôsledku trenia. Kde je trenie, tam je teplo. Skúste si trieť dlane o seba. Vaše dlane sú teplé, však ? To isté sa deje s blokom. Povrch podlahy a základňa bloku sa v dôsledku trenia zahrievajú . Trenie sa nazýva aj disipatívna sila, pretože znižuje alebo eliminuje celkovú mechanickú energiu (mechanická energia = potenciálna energia + kinetická energia). V tomto prípade trecia sila eliminuje translačnú kinetickú energiu bloku. Translačná kinetická energia bloku pochádza z chemickej potenciálnej energie.
Kalórie
SPred devätnástym storočím žiadny vedec nevedel Čo je to teplo alebo teplo. Objavila sa teória, že teplo je určitý typ látky (táto látka sa nazýva kalorická). Ale prítomnosť látok pomenovaný kalorický obsah sa nedá dokázať jeho existencia. Odkedy koniec 30. rokov 19. storočia, James Joule (1818 – 1889)) vykonal experiment a zistil, že stratená kinetická energia je vždy rovnaká, ako kebyr vyplývajúce z.
Ani teplo, ani kinetická energiak sú večné samostatne. Večné je vždy celkové množstvo kinetickej energie a tepla. Na základe výsledkov svojich experimentov Joule urobil porovnanie s prenosom tepla Dari predmety s vysokou teplotou (horúce predmety) ke objekty s nízkou teplotou (studené objekty). JOule dospel k záveru, že akr jen energia, ktorág pohybujúce sa v dôsledku teplotných rozdielov. Toto je definícia tepla z makroskopického hľadiska. Z mikroskopického hľadiska, teplo sa dá vysvetliť pomocou kinetickej teórie.
V téme kinetická teória plynov sme sa dozvedeli, že teplota objektu je mierou kinetickej energie molekúl, ktoré ho tvoria. Čím vyššia je teplota objektu, tým väčšia je kinetická energia molekúl, ktoré ho tvoria. Kinetická energia súvisí s rýchlosťou pohybu. Čím väčšia je kinetická energia (vyššia EK) molekúl, tým väčšia je rýchlosť pohybu (vyššia v) molekúl. Ak sa dotkneme objektu s vysokou teplotou (horúci objekt) objektom s nízkou teplotou (studený objekt), teplo automaticky prúdi z objektu s vysokou teplotou na objekt s nízkou teplotou . Keď sa teplota objektu zvýši, kinetická energia molekúl, ktoré ho tvoria, sa zvýši (rýchlosť molekulárneho pohybu sa zvýši). Dá sa konštatovať , že teplo je kinetická energia rýchlo sa pohybujúcich molekúl.
Keď vedci zistili, že teplo je energia, ktorá sa pohybuje v dôsledku teplotných rozdielov (makroskopická definícia), alebo že teplo je kinetická energia rýchlo sa pohybujúcich molekúl (mikroskopická definícia), nakoniec sformulovali zákon zachovania energie:
Energia sa môže meniť z jednej formy na druhú, presúvať sa z jedného objektu na druhý, ale celková energia sa nikdy neznižuje ani nezvyšuje.
Zmeny formy energie zahŕňajú prenos energie z jedného objektu na druhý. Každý prenos energie je vždy sprevádzaný úsilím alebo prácou. Na základe výsledkov experimentov a analýz vedcov je známe, že teplo je v skutočnosti energia, ktorá sa prenáša v dôsledku rozdielov v teplote (makroskopické chápanie), alebo teplo je kinetická energia rýchlo sa pohybujúcich molekúl (mikroskopické chápanie). Môžeme povedať, že práca (W) a teplo (Q) sa podieľajú na prenose energie. Prvý termodynamický zákon je zákon, ktorý vysvetľuje prenos energie zahŕňajúci teplo a prácu. Teplo a práca nie sú formou energie , ale podieľajú sa iba na prenose energie medzi objektmi, medzi objektmi a živými tvormi alebo medzi živými tvormi.
V prvom termodynamickom zákone sa tiež zoznámime s novou veličinou: vnútornou energiou (U). Vnútorná energia je celková kinetická energia molekúl a potenciálna energia vznikajúca z interakcií medzi atómami, ktoré tvoria molekulu, alebo z interakcií medzi molekulami, ktoré tvoria objekt alebo živý tvor. Každý objekt sa skladá z atómov alebo molekúl. Preto každý objekt vo vesmíre musí mať vnútornú energiu. Každý proces prenosu energie zahŕňajúci teplo a prácu bude mať za následok zmenu vnútornej energie.
