Artikull mbi Ligjin e Ruajtjes së Energjisë
Format e energjisë
Në jetën tonë të përditshme, ekzistojnë shumë forma të energjisë. Në temën e punës dhe energjisë, jemi njohur me dy forma të energjisë mekanike: energjinë potenciale dhe energjinë kinetike . Energjia potenciale përbëhet nga disa lloje, duke përfshirë energjinë gravitacionale, energjinë elastike dhe energjinë elektrike . Energjia kinetike përbëhet nga dy lloje: energjia kinetike përkthimore dhe energjia kinetike rrotulluese.
Një mango e shijshme dhe e pjekur ka energji potenciale gravitacionale ndërsa varet nga kërcelli i saj. E njëjta gjë ndodh kur ndodheni në një lartësi të caktuar mbi tokë, për shembull, në një çati. Një objekt zotëron energji potenciale gravitacionale për shkak të pozicionit të tij në lidhje me Tokën.
Llastiku i shtrirë i një llastiku posedon energji potenciale elastike. Llastiku mund të lëshojë një gur për shkak të energjisë potenciale elastike që përmbahet në gomën e shtrirë. Në mënyrë të ngjashme, një hark i tërhequr nga një harkëtar mund të shtyjë një shigjetë për shkak të energjisë potenciale elastike që përmbahet në harkun e shtrirë.
Përveç energjisë potenciale dhe kinetike që zotëron materia me përmasa të mëdha dhe të cilën e shohim shpesh në jetën e përditshme, ekzistojnë edhe forma të tjera të energjisë. Ekziston energjia elektrike, energjia bërthamore, energjia kimike, etj. Pas shfaqjes së teorisë kinetike, u tha se energjia në forma të tjera (energjia elektrike, energjia kimike, etj.) është energji kinetike ose energji potenciale në nivelin atomik ose molekular. Energjia kimike e ruajtur në ushqim dhe lëndë djegëse konsiderohet energji potenciale e ruajtur në molekula, për shkak të forcave elektrike midis atomeve që përbëjnë molekulat (të njohura edhe si lidhje kimike). Energjia elektrike, energjia magnetike, energjia bërthamore mund të konsiderohen gjithashtu energji kinetike ose energji potenciale në shkallë atomike.
Ndryshimet në formën e energjisë
Është e rëndësishme të theksohet se energjia mund të ndryshojë nga një formë në tjetrën. Në nivelin makroskopik, mund të gjejmë shembuj të panumërt të transformimeve të energjisë. Një mango që varet nga kërcelli i saj posedon energji potenciale gravitacionale. Ndërsa mango bie në tokë, energjia e saj potenciale zvogëlohet përgjatë rrugës së saj drejt tokës. Ndërsa fillon të bjerë, energjia potenciale zvogëlohet sepse distanca vertikale e mangos nga toka zvogëlohet. Kjo energji transformohet në energji kinetike përkthimore sepse shpejtësia e mangos rritet për shkak të përshpejtimit të vazhdueshëm gravitacional. Energjia potenciale elastike e ruajtur në një llastiqe të shtrirë mund të transformohet në energji kinetike përkthimore të një guri kur tërheqja e llastiqes lirohet... një hark i lakuar gjithashtu posedon energji potenciale elastike.
Energjia potenciale elastike në një hark të lakuar mund të transformohet në energjinë kinetike përkthimore të shigjetës. Në nivel mikroskopik, mund të gjejmë edhe shembuj të transformimeve të energjisë. Kur ndizni një dritë neoni, energjia elektrike transformohet njëkohësisht në energji drite. Një shembull tjetër është transformimi i energjisë elektrike në energji kinetike rrotulluese (një ventilator), etj. Ky proces i transformimit të energjisë elektrike në fakt shkaktohet nga ndryshimi midis energjisë potenciale dhe energjisë kinetike në nivelin atomik ose molekular.
Ndryshimet në formën e energjisë zakonisht përfshijnë transferimin e energjisë nga një objekt në tjetrin.
Transformimet e energjisë zakonisht përfshijnë transferimin e energjisë nga një objekt në tjetrin. Një hark i lakuar ka energji potenciale elastike. Kur harku tërhiqet, energjia potenciale elastike e harkut ndryshon në energjinë kinetike përkthimore të shigjetës. Në të njëjtën kohë, energjia transferohet nga harku në shigjetë. Kur shtyni një motoçikletë të bllokuar, energjia potenciale kimike në trupin tuaj ndryshon në energjinë kinetike përkthimore të motoçikletës. Në të njëjtën kohë, energjia transferohet nga ju në motoçikletë. Uji në majë të një dige ka energji potenciale gravitacionale. Kur bie uji , energjia e tij potenciale gravitacionale ndryshon në energjinë e tij kinetike përkthimore. Uji që bie më pas vë në lëvizje një turbinë. Kur uji vë në lëvizje turbinën, energjia e tij kinetike përkthimore ndryshon në energjinë e tij kinetike rrotulluese. Në të njëjtën kohë, energjia transferohet nga uji në turbinë.
Puna kryhet gjithmonë kur transferohet energji.
Në secilin prej shembujve të diskutuar më parë , transferimi i energjisë shoqërohet gjithmonë me përpjekje. Kur energjia lëviz nga harku te shigjeta, harku kryen punë mbi shigjetën. Kur energjia lëviz nga ju te motoçikleta, ju kryeni punë mbi motoçikletën. Kur energjia lëviz nga uji te turbina, uji kryen punë mbi turbinën. Nëse nuk do të kryhej punë, do të ishte e pamundur që shigjeta të lëvizte kur të lirohej harku, ashtu si një motoçikletë e prishur nuk do të lëvizte kur të shtyhej. E njëjta gjë vlen edhe për turbinën. Por në realitet, shigjeta, motoçikleta e prishur dhe turbina lëvizin . Mund të konkludohet se përpjekja (W) bëhet gjithmonë kur energjia lëviz nga një objekt në tjetrin.
Edhe pse e dinë që energjia ndryshon gjithmonë formë nga një objekt në tjetrin, shkencëtarët nuk kanë qenë në gjendje të arrijnë në përfundimin se energjia ruhet . Shkencëtarët janë të hutuar nga ekzistenca e nxehtësisë. Nxehtësia shfaqet gjithmonë për shkak të fërkimit. Për shembull, ju shtyni një bllok që është në dysheme. Kur e shtyni bllokun, energjia potenciale kimike në trupin tuaj ndryshon formë në energji kinetike përkthimore të bllokut. Në të njëjtën kohë, energjia transferohet nga ju në bllok. Kur energjia transferohet nga ju në bllok, ju kryeni punë në bllok (W = Fs). Sigurisht, blloku lëviz.
Pas lëvizjes, blloku zakonisht ndalet. Blloku ndalet për shkak të fërkimit. Ku ka fërkim, ka nxehtësi. Provoni të fërkoni pëllëmbët së bashku. Pëllëmbët tuaja ndihen të ngrohta, apo jo ? E njëjta gjë ndodh edhe me bllokun. Sipërfaqja e dyshemesë dhe baza e bllokut ngrohen për shkak të fërkimit. Fërkimi quhet edhe forcë shpërndarëse sepse zvogëlon ose eliminon energjinë totale mekanike (energjia mekanike = energji potenciale + energji kinetike). Në këtë rast, forca e fërkimit eliminon energjinë kinetike përkthimore të bllokut. Energjia kinetike përkthimore e bllokut vjen nga energjia potenciale kimike.
Kaloritë
SPërpara shekullit të nëntëmbëdhjetë, asnjë shkencëtar nuk e dinte Çfarë është ajo nxehtësi ose nxehtësia. Doli një teori që nxehtësia është një lloj i caktuar substance (kjo substancë quhet kalorike). Por prania e substancave bernama kalorike nuk mund të vërtetohet ekzistenca e saj. Që nga fundi i viteve 1830, James Joule (1818-1889)) kreu një eksperiment dhe zbuloi se Energjia kinetike e humbur është gjithmonë e njëjtë sikurr që rezulton nga.
As nxehtësia dhe as energjia kinetikek janë të përjetshme veçmas. Ajo që është gjithmonë e përjetshme është sasia totale e energjisë kinetike dhe nxehtësisë. Bazuar në rezultatet e eksperimenteve të tij, Joule bëri një krahasim me transferimin e nxehtësisë Dari objekte me temperaturë të lartë (objekte të nxehta) ke objekte me temperaturë të ulët (objekte të ftohta). Joule arriti në përfundimin se nëser ështën energji qëg lëviz për shkak të ndryshimeve të temperaturës. Ky është përkufizimi i nxehtësisë nga një këndvështrim makroskopik. Nga një këndvështrim mikroskopik, nxehtësia mund të shpjegohet duke përdorur teorinë kinetike.
Në temën e teorisë kinetike të gazeve, mësuam se temperatura e një objekti është një masë e energjisë kinetike të molekulave që përbëjnë objektin. Sa më e lartë të jetë temperatura e një objekti, aq më e madhe është energjia kinetike e molekulave që përbëjnë objektin. Energjia kinetike lidhet me shpejtësinë e lëvizjes. Sa më e madhe të jetë energjia kinetike (EK më e lartë) e molekulave, aq më e madhe është shpejtësia e lëvizjes (v më e lartë) e molekulave. Nëse prekim një objekt me temperaturë të lartë (objekt të nxehtë) me një objekt me temperaturë të ulët (objekt të ftohtë), nxehtësia rrjedh automatikisht nga objekti me temperaturë të lartë në objektin me temperaturë të ulët . Kur temperatura e një objekti rritet, energjia kinetike e molekulave që përbëjnë objektin rritet (shpejtësia e lëvizjes molekulare rritet). Mund të konkludohet se nxehtësia është energjia kinetike e molekulave që lëvizin shpejt.
Pasi kuptuan se nxehtësia është energji që lëviz për shkak të ndryshimeve të temperaturës (përkufizimi makroskopik) ose se nxehtësia është energjia kinetike e molekulave që lëvizin me shpejtësi (përkufizimi mikroskopik), shkencëtarët më në fund formuluan ligjin e ruajtjes së energjisë:
Energjia mund të ndryshojë nga një formë në tjetrën, të kalojë nga një objekt në tjetrin, por energjia totale nuk zvogëlohet ose rritet kurrë.
Ndryshimet në formën e energjisë përfshijnë transferimin e energjisë nga një objekt në tjetrin. Çdo transferim energjie shoqërohet gjithmonë me përpjekje ose punë. Bazuar në rezultatet e eksperimenteve dhe analizave nga shkencëtarët, dihet që nxehtësia është në të vërtetë energji që transferohet për shkak të ndryshimeve në temperaturë (kuptim makroskopik) ose nxehtësia është energjia kinetike e molekulave që lëvizin shpejt (kuptim mikroskopik). Mund të themi se puna (W) dhe nxehtësia (Q) janë të përfshira në transferimin e energjisë. Ligji i parë i termodinamikës është një ligj që shpjegon transferimin e energjisë që përfshin nxehtësinë dhe punën. Nxehtësia dhe puna nuk janë një formë energjie , por janë të përfshira vetëm në transferimin e energjisë midis objekteve, midis objekteve dhe krijesave të gjalla, ose midis krijesave të gjalla.
Në ligjin e parë të termodinamikës, ne njihemi edhe me një madhësi të re: energjinë e brendshme (U). Energjia e brendshme është energjia kinetike totale e molekulave dhe energjia potenciale që rrjedh nga bashkëveprimet midis atomeve që përbëjnë një molekulë ose bashkëveprimet midis molekulave që përbëjnë një objekt ose krijesë të gjallë. Çdo objekt është i përbërë nga atome ose molekula. Prandaj, çdo objekt në univers duhet të ketë energji të brendshme. Çdo proces i transferimit të energjisë që përfshin nxehtësinë dhe punën do të rezultojë në një ndryshim në energjinë e brendshme.
