Artikel om lagen om energins bevarande
Energiformer
I våra dagliga liv finns det många former av energi. I ämnet arbete och energi har vi introducerats till två former av mekanisk energi: potentiell energi och kinetisk energi . Potentiell energi består av flera typer, inklusive gravitationsenergi, elastisk energi och elektrisk energi . Kinetisk energi består av två typer: translationell kinetisk energi och rotationskinetisk energi.
En läcker, mogen mango har potentiell gravitationsenergi när den hänger från sin stjälk. Samma sak händer när du befinner dig på en viss höjd över marken, till exempel på ett tak. Ett objekt har potentiell gravitationsenergi på grund av sin position i förhållande till jorden.
Det utsträckta gummibandet i en slangbella har elastisk potentiell energi. Slangbellan kan avfyra en sten tack vare den elastiska potentiella energin som finns i det utsträckta gummibandet. På liknande sätt kan en båge spänd av en bågskytt driva fram en pil tack vare den elastiska potentiella energin som finns i den utsträckta bågen.
Förutom den potentiella och kinetiska energin som storskalig materia besitter och som vi ofta ser i vardagen, finns det även andra former av energi. Det finns elektrisk energi, kärnenergi, kemisk energi, etc. Efter den kinetiska teorins uppkomst sades det att energi i andra former (elektrisk energi, kemisk energi, etc.) är kinetisk energi eller potentiell energi på atom- eller molekylär nivå. Den kemiska energin som lagras i livsmedel och bränsle betraktas som potentiell energi lagrad i molekyler, på grund av de elektriska krafterna mellan atomerna som utgör molekylerna (även kända som kemiska bindningar). Elektrisk energi, magnetisk energi, kärnenergi kan också betraktas som kinetisk energi eller potentiell energi på atomär skala.
Förändringar i energiform
Det är viktigt att notera att energi kan förändras från en form till en annan. På makroskopisk nivå kan vi hitta otaliga exempel på energiomvandlingar. En mango som hänger från sin stjälk besitter gravitationell potentiell energi. När mangon faller till marken minskar dess potentiella energi längs dess väg mot marken. När den börjar falla minskar den potentiella energin eftersom mangons vertikala avstånd från marken minskar. Denna energi omvandlas till translationell kinetisk energi eftersom mangons hastighet ökar på grund av den konstanta gravitationsaccelerationen. Den elastiska potentiella energin som lagras i en utsträckt slangbella kan omvandlas till en stens translationella kinetiska energi när slangbellans dragkraft släpps... en böjd båge besitter också elastisk potentiell energi.
Den elastiska potentiella energin i en böjd båge kan omvandlas till pilens translationella kinetiska energi. På mikroskopisk nivå kan vi också hitta exempel på energiomvandlingar. När man tänder ett neonljus omvandlas elektrisk energi samtidigt till ljusenergi. Ett annat exempel är omvandlingen av elektrisk energi till rotationskinetisk energi (en fläkt), etc. Denna process att omvandla elektrisk energi orsakas faktiskt av förändringen mellan potentiell energi och kinetisk energi på atom- eller molekylär nivå.
Förändringar i energiform innebär vanligtvis överföring av energi från ett objekt till ett annat.
Energitransformationer innebär vanligtvis överföring av energi från ett objekt till ett annat. En böjd båge har elastisk potentiell energi. När bågen dras, omvandlas bågens elastiska potentiella energi till pilens translationella kinetiska energi. Samtidigt överförs energi från bågen till pilen. När du knuffar en motorcykel som stannat, omvandlas den kemiska potentiella energin i din kropp till motorcykelns translationella kinetiska energi. Samtidigt överförs energi från dig till motorcykeln. Vatten högst upp i en damm har gravitationell potentiell energi. När vatten faller, omvandlas dess gravitationella potentiella energi till dess translationella kinetiska energi. Det fallande vattnet driver sedan en turbin. När vattnet driver turbinen, omvandlas dess translationella kinetiska energi till dess rotationella kinetiska energi. Samtidigt överförs energi från vattnet till turbinen.
Arbete utförs alltid när energi överförs.
I vart och ett av de exempel som diskuterats tidigare åtföljs energiöverföringen alltid av ansträngning. När energi rör sig från bågen till pilen, utför bågen arbete på pilen. När energi rör sig från dig till motorcykeln, utför du arbete på motorcykeln. När energi rör sig från vattnet till turbinen, utför vattnet arbete på turbinen. Om inget arbete utfördes skulle det vara omöjligt för pilen att röra sig när bågen släpps, och inte heller skulle en trasig motorcykel röra sig när den trycks på. Detsamma gäller för turbinen. Men i verkligheten rör sig pilen, den trasiga motorcykeln och turbinen . Man kan dra slutsatsen att ansträngning (W) alltid utförs när energi rör sig från ett objekt till ett annat.
Även om de vet att energi alltid ändrar form från ett objekt till ett annat, har forskare inte kunnat dra slutsatsen att energi bevaras . Forskare är förvirrade av värmens existens. Värme uppstår alltid på grund av friktion. Till exempel, du knuffar ett block som ligger på golvet. När du knuffar blocket ändrar den kemiska potentiella energin i din kropp form till blockets translationella kinetiska energi. Samtidigt överförs energi från dig till blocket. När energi överförs från dig till blocket utför du arbete på blocket (W = Fs). Självklart rör sig blocket.
Efter att ha rört sig stannar blocket vanligtvis. Blocket stannar på grund av friktion. Där det finns friktion finns det värme. Försök att gnugga handflatorna mot varandra. Dina handflator känns varma, eller hur ? Samma sak händer med blocket. Golvytan och blockets bas blir varma på grund av friktion. Friktion kallas också en dissipativ kraft eftersom den minskar eller eliminerar den totala mekaniska energin (mekanisk energi = potentiell energi + kinetisk energi). I detta fall eliminerar friktionskraften blockets translationella kinetiska energi. Blockets translationella kinetiska energi kommer från kemisk potentiell energi.
Kalori
SFöre 1800-talet visste ingen forskare apa itu kalori atau En teori framkom om att värme är en viss typ av ämne (detta ämne kallas kaloriskt). Men närvaron av ämnen bernama kalori kan inte bevisas dess existens. Sedan slutet av 1830-talet, James Joule (1818–1889)) genomförde ett experiment och fann att Den kinetiska energin som förloras är alltid densamma som omr till följd av.
Varken värme eller kinetisk energik är eviga separat. Det som alltid är evigt är den totala mängden kinetisk energi och värme. Baserat på resultaten av sina experiment gjorde Joule en jämförelse med värmeöverföring Dari högtemperaturföremål (heta föremål) ke föremål med låg temperatur (kalla föremål). JOule drog slutsatsen att omr ärn energi somg rör sig på grund av temperaturskillnader. Detta är definitionen av värme ur ett makroskopiskt perspektiv. Ur ett mikroskopiskt perspektiv, värme kan förklaras med hjälp av kinetisk teori.
I ämnet kinetisk gasteori lärde vi oss att temperaturen hos ett objekt är ett mått på den kinetiska energin hos de molekyler som objektet består av. Ju högre temperatur ett objekt har, desto större är den kinetiska energin hos de molekyler som objektet består av. Kinetisk energi är relaterad till rörelsehastigheten. Ju större kinetisk energi (högre EK) hos molekylerna, desto större är molekylernas rörelsehastighet (högre v). Om vi vidrör ett högtemperaturobjekt (varmt objekt) med ett lågtemperaturobjekt (kallt objekt), flödar värme automatiskt från högtemperaturobjektet till lågtemperaturobjektet . När temperaturen hos ett objekt ökar ökar den kinetiska energin hos de molekyler som objektet består av (molekylrörelsens hastighet ökar). Man kan dra slutsatsen att värme är den kinetiska energin hos snabbt rörliga molekyler.
Efter att ha vetat att värme är energi som rör sig på grund av temperaturskillnader (makroskopisk definition) eller att värme är den kinetiska energin hos snabbt rörliga molekyler (mikroskopisk definition), formulerade forskare slutligen lagen om energins bevarande:
Energi kan förändras från en form till en annan, röra sig från ett objekt till ett annat, men den totala energin minskar eller ökar aldrig.
Förändringar i energiform innebär överföring av energi från ett objekt till ett annat. Varje energiöverföring åtföljs alltid av ansträngning eller arbete. Baserat på resultat från experiment och analyser av forskare är det känt att värme faktiskt är energi som överförs på grund av temperaturskillnader (makroskopisk förståelse) eller att värme är den kinetiska energin hos snabbrörliga molekyler (mikroskopisk förståelse). Vi kan säga att arbete (W) och värme (Q) är involverade i energiöverföring. Termodynamikens första huvudsats är en lag som förklarar energiöverföring som involverar värme och arbete. Värme och arbete är inte en form av energi , utan är bara involverade i energiöverföring mellan objekt, mellan objekt och levande varelser, eller mellan levande varelser.
I termodynamikens första huvudsats bekantar vi oss också med en ny kvantitet: inre energi (U). Inre energi är den totala kinetiska energin hos molekyler och potentiell energi som uppstår genom växelverkan mellan atomerna som utgör en molekyl eller växelverkan mellan molekylerna som utgör ett objekt eller en levande varelse. Varje objekt består av atomer eller molekyler. Därför måste varje objekt i universum ha inre energi. Varje energiöverföringsprocess som involverar värme och arbete kommer att resultera i en förändring av den inre energin.
