Makala kuhusu Sheria ya Uhifadhi wa Nishati
Aina za nishati
Katika maisha yetu ya kila siku, kuna aina nyingi za nishati. Katika mada ya kazi na nishati, tumefahamishwa kuhusu aina mbili za nishati ya mitambo: nishati inayowezekana na nishati ya kinetiki . Nishati inayowezekana ina aina kadhaa, ikiwa ni pamoja na nishati ya uvutano, nishati ya elastic, na nishati ya umeme . Nishati ya kinetiki ina aina mbili: nishati ya kinetiki inayotafsiriwa na nishati ya kinetiki inayozunguka.
Embe tamu na lililoiva lina nguvu ya uvutano linaponing'inia kwenye shina lake. Jambo hilo hilo hutokea unapokuwa kwenye urefu fulani juu ya ardhi, kwa mfano, juu ya paa. Kitu kina nguvu ya uvutano kutokana na nafasi yake ikilinganishwa na Dunia.
Mkanda wa mpira ulionyooshwa wa kombeo una nishati ya uwezo wa kunyumbulika. Mkanda unaweza kurusha jiwe kutokana na nishati ya uwezo wa kunyumbulika iliyomo kwenye mpira ulionyooshwa. Vile vile, upinde unaovutwa na mpiga upinde unaweza kusukuma mshale kutokana na nishati ya uwezo wa kunyumbulika iliyomo kwenye upinde ulionyooshwa.
Mbali na nishati ya uwezo na kinetiki inayomilikiwa na maada kubwa na ambayo mara nyingi tunaiona katika maisha ya kila siku, pia kuna aina nyingine za nishati. Kuna nishati ya umeme, nishati ya nyuklia, nishati ya kemikali, n.k. Baada ya kuibuka kwa nadharia ya kinetiki, ilisemekana kwamba nishati katika aina zingine (nishati ya umeme, nishati ya kemikali, n.k.) ni nishati ya kinetiki au nishati inayowezekana katika kiwango cha atomiki au molekuli. Nishati ya kemikali iliyohifadhiwa katika chakula na mafuta inachukuliwa kuwa nishati inayowezekana iliyohifadhiwa katika molekuli, kutokana na nguvu za umeme kati ya atomi zinazounda molekuli (pia inajulikana kama vifungo vya kemikali). Nishati ya umeme, nishati ya sumaku, nishati ya nyuklia pia inaweza kuchukuliwa kuwa nishati ya kinetiki au nishati inayowezekana katika kiwango cha atomiki.
Mabadiliko katika umbo la nishati
Ni muhimu kutambua kwamba nishati inaweza kubadilika kutoka umbo moja hadi jingine. Katika kiwango cha macroscopic, tunaweza kupata mifano isitoshe ya mabadiliko ya nishati. Embe linaloning'inia kutoka kwenye shina lake lina nishati ya uwezo wa uvutano. Embe linapoanguka chini, nishati yake ya uwezo hupungua kwenye njia yake kuelekea ardhini. Linapoanza kuanguka, nishati ya uwezo hupungua kwa sababu umbali wa wima wa embe kutoka ardhini hupungua. Nishati hii hubadilika kuwa nishati ya kinetiki ya tafsiri kwa sababu kasi ya embe huongezeka kutokana na kasi ya uvutano ya mara kwa mara. Nishati ya uwezo wa elastic iliyohifadhiwa kwenye kombeo iliyonyooshwa inaweza kubadilika kuwa nishati ya kinetiki ya tafsiri ya jiwe wakati mvuto wa kombeo unapoachiliwa... upinde uliopinda pia una nishati ya uwezo wa elastic.
Nishati ya uwezo inayonyumbulika katika upinde uliopinda inaweza kubadilishwa kuwa nishati ya kinetiki ya tafsiri ya mshale. Katika kiwango cha hadubini, tunaweza pia kupata mifano ya mabadiliko ya nishati. Unapowasha taa ya neon, nishati ya umeme hubadilishwa kwa wakati mmoja kuwa nishati ya mwanga. Mfano mwingine ni mabadiliko ya nishati ya umeme kuwa nishati ya kinetiki inayozunguka (feni), n.k. Mchakato huu wa kubadilisha nishati ya umeme kwa kweli husababishwa na mabadiliko kati ya nishati inayowezekana na nishati ya kinetiki katika kiwango cha atomiki au molekuli.
Mabadiliko katika umbo la nishati kwa kawaida huhusisha uhamishaji wa nishati kutoka kitu kimoja hadi kingine.
Mabadiliko ya nishati kwa kawaida huhusisha uhamisho wa nishati kutoka kitu kimoja hadi kingine. Upinde uliopinda una nishati ya uwezo wa kunyumbulika. Upinde unapovutwa, nishati ya uwezo wa kunyumbulika ya upinde hubadilika kuwa nishati ya kinetiki ya mshale. Wakati huo huo, nishati huhamishwa kutoka upinde hadi mshale. Unaposukuma pikipiki iliyosimama, nishati ya uwezo wa kemikali mwilini mwako hubadilika kuwa nishati ya kinetiki ya mtafsiri ya pikipiki. Wakati huo huo, nishati huhamishwa kutoka kwako hadi pikipiki. Maji yaliyo juu ya bwawa yana nishati ya uwezo wa uvutano. Maji yanapoanguka, nishati yake ya uwezo wa uvutano hubadilika kuwa nishati yake ya kinetiki ya mtafsiri. Maji yanayoanguka kisha huendesha turbine. Maji yanapoendesha turbine, nishati yake ya kinetiki ya mtafsiri hubadilika kuwa nishati yake ya kinetiki ya mzunguko. Wakati huo huo, nishati huhamishwa kutoka maji hadi turbine.
Kazi hufanyika kila wakati nishati inapohamishwa.
Katika kila moja ya mifano iliyojadiliwa hapo awali , uhamisho wa nishati huambatana na juhudi kila wakati. Wakati nishati inaposogea kutoka upinde hadi mshale, upinde hufanya kazi kwenye mshale. Wakati nishati inaposogea kutoka kwako hadi pikipiki, unafanya kazi kwenye pikipiki. Wakati nishati inaposogea kutoka maji hadi kwenye turbine, maji hufanya kazi kwenye turbine. Kama hakuna kazi iliyofanywa, isingewezekana kwa mshale kusogea wakati upinde unaachiliwa, wala pikipiki iliyovunjika isingesogea inaposukumwa. Vivyo hivyo kwa turbine. Lakini kwa kweli, mshale, pikipiki iliyovunjika, na turbine husogea . Inaweza kuhitimishwa kwamba juhudi (W) hufanywa kila wakati nishati inaposogea kutoka kitu kimoja hadi kingine.
Ingawa wanajua kwamba nishati hubadilisha umbo kutoka kitu kimoja hadi kingine, wanasayansi hawajaweza kuhitimisha kwamba nishati huhifadhiwa . Wanasayansi wamechanganyikiwa na kuwepo kwa joto. Joto huonekana kila wakati kutokana na msuguano. Kwa mfano, unasukuma kizuizi kilicho sakafuni. Unaposukuma kizuizi, nishati ya uwezo wa kemikali mwilini mwako hubadilika na kuwa nishati ya kinetiki ya utafsiri wa kizuizi. Wakati huo huo, nishati huhamishwa kutoka kwako hadi kizuizi. Wakati nishati inahamishwa kutoka kwako hadi kizuizi, unafanya kazi kwenye kizuizi (W = Fs). Bila shaka, kizuizi husogea.
Baada ya kusogea, kizuizi kwa kawaida husimama. Kizuizi husimama kutokana na msuguano. Pale ambapo kuna msuguano, kuna joto. Jaribu kusugua viganja vyako pamoja. Mikono yako huhisi joto, sivyo ? Jambo hilo hilo hutokea kwa kizuizi. Uso wa sakafu na msingi wa kizuizi huwa joto kutokana na msuguano. Msuguano pia huitwa nguvu ya kutawanya kwa sababu hupunguza au kuondoa jumla ya nishati ya mitambo (nishati ya mitambo = nishati inayowezekana + nishati ya kinetiki). Katika hali hii, nguvu ya msuguano huondoa nishati ya kinetiki inayobadilika ya kizuizi. Nishati ya kinetiki inayobadilika ya kizuizi hutoka kwa nishati inayowezekana ya kemikali.
Kalori
SKabla ya karne ya kumi na tisa, hakuna mwanasayansi aliyejua Ni nini hicho joto atau joto. Nadharia iliibuka kwamba joto ni aina fulani ya dutu (dutu hii inaitwa kalori). Lakini uwepo wa vitu bernama Kalori haziwezi kuthibitishwa uwepo wake. Tangu mwishoni mwa miaka ya 1830, James Joule (1818-1889)) walifanya jaribio na kugundua kwamba nishati ya kinetiki inayopotea huwa sawa nar inayotokana na.
Sio joto wala nishati ya kinetikik ni za milele kando. Kinachodumu milele ni jumla ya nishati ya kinetiki na joto. Kulingana na matokeo ya majaribio yake, Joule alilinganisha na uhamishaji wa joto. Dari vitu vyenye joto la juu (vitu vyenye joto) ke vitu vyenye joto la chini (vitu baridi). Joule alihitimisha kwamba ikiwar nin nishati hiyog kusonga kutokana na tofauti za halijoto. Huu ndio ufafanuzi wa joto kutoka kwa mtazamo wa makroskopu. Kutoka kwa mtazamo wa hadubini, joto linaweza kuelezewa kwa kutumia nadharia ya kinetiki.
Katika mada ya nadharia ya kinetiki ya gesi, tulijifunza kwamba halijoto ya kitu ni kipimo cha nishati ya kinetiki ya molekuli zinazounda kitu. Kadiri halijoto ya kitu inavyokuwa juu, ndivyo nishati ya kinetiki ya molekuli zinazounda kitu inavyokuwa kubwa. Nishati ya kinetiki inahusiana na kasi ya mwendo. Kadiri nishati ya kinetiki (EK ya juu) ya molekuli inavyokuwa kubwa, ndivyo kasi ya mwendo (v ya juu) ya molekuli inavyokuwa kubwa. Tukigusa kitu chenye halijoto ya juu (kitu chenye joto kali) na kitu chenye halijoto ya chini (kitu baridi), joto hutiririka kiotomatiki kutoka kitu chenye halijoto ya juu hadi kitu chenye halijoto ya chini . Wakati halijoto ya kitu inapoongezeka, nishati ya kinetiki ya molekuli zinazounda kitu huongezeka (kasi ya mwendo wa molekuli huongezeka). Inaweza kuhitimishwa kuwa joto ni nishati ya kinetiki ya molekuli zinazosonga kwa kasi.
Baada ya kujua kwamba joto ni nishati inayosonga kutokana na tofauti za halijoto (ufafanuzi wa makroskopia) au kwamba joto ni nishati ya kinetiki ya molekuli zinazosonga haraka (ufafanuzi wa hadubini), wanasayansi hatimaye waliunda sheria ya uhifadhi wa nishati:
Nishati inaweza kubadilika kutoka umbo moja hadi jingine, kuhama kutoka kitu kimoja hadi kingine, lakini jumla ya nishati haipungui au kuongezeka.
Mabadiliko katika umbo la nishati yanahusisha uhamisho wa nishati kutoka kitu kimoja hadi kingine. Kila uhamisho wa nishati huambatana na juhudi au kazi kila wakati. Kulingana na matokeo ya majaribio na uchambuzi wa wanasayansi, inajulikana kuwa joto ni nishati ambayo huhamishwa kutokana na tofauti katika halijoto (uelewa wa makroskopia) au joto ni nishati ya kinetiki ya molekuli zinazosonga kwa kasi (uelewa wa hadubini). Tunaweza kusema kwamba kazi (W) na joto (Q) zinahusika katika uhamisho wa nishati. Sheria ya kwanza ya thermodynamics ni sheria inayoelezea uhamisho wa nishati unaohusisha joto na kazi. Joto na kazi si aina ya nishati , lakini zinahusika tu katika uhamisho wa nishati kati ya vitu, kati ya vitu na viumbe hai, au kati ya viumbe hai.
Katika sheria ya kwanza ya thermodynamics, pia tunafahamiana na kiasi kipya: nishati ya ndani (U). Nishati ya ndani ni nishati ya kinetiki ya molekuli na nishati inayowezekana inayotokana na mwingiliano kati ya atomi zinazounda molekuli au mwingiliano kati ya molekuli zinazounda kitu au kiumbe hai. Kila kitu kinaundwa na atomi au molekuli. Kwa hivyo, kila kitu katika ulimwengu lazima kiwe na nishati ya ndani. Kila mchakato wa uhamishaji wa nishati unaohusisha joto na kazi utasababisha mabadiliko katika nishati ya ndani.
