กฎการอนุรักษ์พลังงาน

บทความเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน

รูปแบบของพลังงาน

ในชีวิตประจำวันของเรา มีพลังงานหลายรูปแบบ ในหัวข้อเรื่องงานและพลังงาน เราได้ทำความรู้จักกับพลังงานกลสองรูปแบบไปแล้ว ได้แก่ พลังงานศักยภาพ แดน พลังงานจลน์พลังงานศักยภาพประกอบด้วยหลายประเภท ได้แก่ พลังงานศักยภาพเนื่องจากความโน้มถ่วง พลังงานศักยภาพเนื่องจากความยืดหยุ่น และพลังงานศักยภาพเนื่องจากความคล่องตัวไฟฟ้า Pพลังงานจลน์ประกอบด้วยสองประเภท ได้แก่ พลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่เชิงเส้น และพลังงานจลน์จากการหมุน

มะม่วงสุกน่ารับประทานมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงขณะที่มันห้อยอยู่บนก้าน เช่นเดียวกับเมื่อคุณอยู่สูงจากพื้นดินในระดับหนึ่ง เช่น บนดาดฟ้า วัตถุจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเนื่องจากตำแหน่งของมันเมื่อเทียบกับโลก

ยางรัดที่ยืดออกของหนังสติ๊กมีพลังงานศักย์ยืดหยุ่น หนังสติ๊กสามารถยิงก้อนหินได้เนื่องจากพลังงานศักย์ยืดหยุ่นที่อยู่ในยางที่ยืดออก ในทำนองเดียวกัน คันธนูที่นักยิงธนูดึงก็สามารถยิงลูกศรได้เนื่องจากพลังงานศักย์ยืดหยุ่นที่อยู่ในคันธนูที่ยืดออก

นอกจากพลังงานศักยภาพและพลังงานจลน์ที่สสารขนาดใหญ่มีอยู่ ซึ่งเรามักพบเห็นในชีวิตประจำวันแล้ว ยังมีพลังงานในรูปแบบอื่นๆ อีก เช่น พลังงานไฟฟ้า พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานเคมี เป็นต้น หลังจากทฤษฎีจลน์เกิดขึ้น ก็มีการกล่าวว่าพลังงานในรูปแบบอื่นๆ (พลังงานไฟฟ้า พลังงานเคมี ฯลฯ) คือพลังงานจลน์หรือพลังงานศักยภาพในระดับอะตอมหรือโมเลกุล พลังงานเคมีที่เก็บอยู่ในอาหารและเชื้อเพลิงถือเป็นพลังงานศักยภาพที่เก็บอยู่ในโมเลกุล เนื่องจากแรงทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่ประกอบกันเป็นโมเลกุล (หรือที่เรียกว่าพันธะเคมี) พลังงานไฟฟ้า พลังงานแม่เหล็ก พลังงานนิวเคลียร์ ก็สามารถถือได้ว่าเป็นพลังงานจลน์หรือพลังงานศักยภาพในระดับอะตอมเช่นกัน

การเปลี่ยนแปลงรูปแบบพลังงาน

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ พลังงานสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้ ในระดับมหภาค เราสามารถพบตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงพลังงานได้มากมาย มะม่วงที่ห้อยอยู่บนก้านมีพลังงานศักย์โน้มถ่วง ขณะที่มะม่วงตกลงสู่พื้น พลังงานศักย์ของมันจะลดลงตามเส้นทางที่มันมุ่งสู่พื้น เมื่อมันเริ่มตกลงมา พลังงานศักย์จะลดลงเนื่องจากระยะห่างในแนวดิ่งของมะม่วงจากพื้นลดลง พลังงานนี้จะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์เชิงเส้นตรง เนื่องจากความเร็วของมะม่วงเพิ่มขึ้นเนื่องจากความเร่งโน้มถ่วงคงที่ พลังงานศักย์ยืดหยุ่นที่เก็บไว้ในหนังสติ๊กที่ยืดออกสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เชิงเส้นตรงของก้อนหินได้เมื่อปล่อยแรงดึงของหนังสติ๊ก... คันธนูโค้งก็มีพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเช่นกัน

พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในคันธนูโค้งสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ของลูกศรได้ ในระดับจุลภาค เรายังสามารถพบตัวอย่างของการแปลงพลังงานได้อีกด้วย เมื่อคุณเปิดไฟนีออน พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานแสงไปพร้อมกัน อีกตัวอย่างหนึ่งคือการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานจลน์แบบหมุน (พัดลม) เป็นต้น กระบวนการแปลงพลังงานไฟฟ้าดังกล่าวเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงระหว่างพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ในระดับอะตอมหรือโมเลกุล

การเปลี่ยนแปลงรูปแบบของพลังงานมักเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง

การเปลี่ยนแปลงพลังงานโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง คันธนูที่โค้งงอมีพลังงานศักย์ยืดหยุ่น เมื่อดึงคันธนู พลังงานศักย์ยืดหยุ่นของคันธนูจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เชิงเส้นของลูกศร ในขณะเดียวกัน พลังงานก็ถูกถ่ายโอนจากคันธนูไปยังลูกศร เมื่อคุณผลักรถจักรยานยนต์ที่ดับ พลังงานศักย์เคมีในร่างกายของคุณจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เชิงเส้นของรถจักรยานยนต์ ในขณะเดียวกัน พลังงานก็ถูกถ่ายโอนจากคุณไปยังรถจักรยานยนต์ น้ำที่อยู่บนยอดเขื่อนมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงa เมื่อน้ำตกลงมา พลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เชิงการเคลื่อนที่ จากนั้นน้ำที่ตกลงมาจะไปขับเคลื่อนกังหัน เมื่อน้ำหมุนกังหัน พลังงานจลน์เชิงการเคลื่อนที่ของน้ำจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เชิงการหมุน ในขณะเดียวกัน พลังงานก็จะถูกถ่ายโอนจากน้ำไปยังกังหันด้วย

งานจะเกิดขึ้นเสมอเมื่อมีการถ่ายโอนพลังงาน

ในแต่ละตัวอย่างที่ได้กล่าวมาแล้ว diดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การถ่ายโอนพลังงานมักมาพร้อมกับความพยายามหรือการทำงาน เมื่อพลังงานเคลื่อนจากคันธนูไปยังลูกศร คันธนูจะทำงานกับลูกศร เมื่อพลังงานเคลื่อนจากคุณไปยังรถจักรยานยนต์ คุณก็ทำงานกับรถจักรยานยนต์ เมื่อพลังงานเคลื่อนจากน้ำไปยังกังหัน น้ำก็ทำงานกับกังหัน หากไม่มีการทำงาน ลูกศรก็จะไม่เคลื่อนที่เมื่อปล่อยคันธนู และรถจักรยานยนต์ที่เสียก็จะไม่เคลื่อนที่เมื่อถูกผลัก เช่นเดียวกับกังหัน แต่ในความเป็นจริง ลูกศร รถจักรยานยนต์ที่เสีย และกังหันต่างก็เคลื่อนที่เค.ดีสรุปได้ว่า งาน (W) จะเกิดขึ้นเสมอเมื่อพลังงานเคลื่อนที่จากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง

ถึงแม้ว่าฉันจะรู้เรื่องนั้นอยู่แล้วก็ตามa พลังงานเปลี่ยนแปลงรูปแบบอยู่เสมอเคดีจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง แต่เหล่านักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถสรุปได้ว่าพลังงานสามารถถ่ายเทจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้อย่างไรi นิรันดร์ นักวิทยาศาสตร์ต่างงุนงงกับการมีอยู่ของความร้อน แรงเสียดทานมักทำให้เกิดการเคลื่อนที่เสมอ ตัวอย่างเช่น คุณผลักบล็อกบนพื้น เมื่อคุณผลักบล็อก พลังงานศักย์ทางเคมีในร่างกายของคุณจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ของบล็อก ในขณะเดียวกัน พลังงานก็ถูกถ่ายโอนจากคุณไปยังบล็อก เมื่อพลังงานถูกถ่ายโอนจากคุณไปยังบล็อก คุณก็ทำงานให้กับบล็อก (W = Fs) แน่นอนว่าบล็อกก็จะเคลื่อนที่

หลังจากเคลื่อนที่แล้ว วัตถุมักจะหยุด วัตถุหยุดเนื่องจากแรงเสียดทาน และที่ใดมีแรงเสียดทาน ที่นั่นก็จะมีความร้อน Cลองถูฝ่ามือเข้าด้วยกัน คุณจะรู้สึกได้ถึงบางอย่างในฝ่ามือ อบอุ่นใช่ไหม สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับคาน พื้นผิวพื้นและฐานของคานจะกลายเป็น แฮงกัต เนื่องจากแรงเสียดทาน แรงเสียดทานเรียกอีกอย่างว่าแรงที่ลดทอนพลังงาน เพราะมันลดหรือกำจัดพลังงานกลทั้งหมด (พลังงานกล = พลังงานศักยภาพ + พลังงานจลน์) ในกรณีนี้ แรงเสียดทานจะกำจัดพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงเส้นของบล็อก พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงเส้นของบล็อกนั้นมาจากพลังงานศักยภาพทางเคมี

คาลอร์

Sก่อนศตวรรษที่สิบเก้า ไม่มีนักวิทยาศาสตร์คนใดรู้เรื่องนี้มาก่อน อาปาอีตู ความร้อน atau ความร้อน ทฤษฎีหนึ่งได้เกิดขึ้นมาว่า ความร้อนเป็นสารประเภทหนึ่ง (สารนี้เรียกว่า แคลอรี) แต่ การมีอยู่ของสาร ชื่อ ไม่สามารถพิสูจน์ปริมาณแคลอรีได้ การดำรงอยู่ของมัน. ตั้งแต่ ปลายทศวรรษ 1830 เจมส์ จูล (ค.ศ. 1818-1889)) ได้ทำการทดลองและพบว่า พลังงานจลน์ที่สูญเสียไปจะเท่ากันเสมอ เหมือนกับกรณีที่ว่าr เป็นผลมาจาก.

ไม่มีทั้งความร้อนและพลังงานจลน์k พลังงานจลน์และความร้อนนั้นเป็นสิ่งที่ไม่เปลี่ยนแปลง แต่สิ่งที่ไม่เปลี่ยนแปลงคือปริมาณรวมของพลังงานจลน์และความร้อน จากผลการทดลองของเขา จูลได้เปรียบเทียบกับการถ่ายเทความร้อน Dari วัตถุที่มีอุณหภูมิสูง (วัตถุร้อน) ke วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ (วัตถุเย็น) Jอูเลสรุปว่า ถ้าr เป็นn พลังงานที่g การเคลื่อนที่เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ นี่คือคำจำกัดความของความร้อนจากมุมมองระดับมหภาค จากมุมมองระดับจุลภาค... ความร้อนสามารถอธิบายได้ โดยใช้ทฤษฎีจลน์ศาสตร์

ในหัวข้อทฤษฎีจลน์ของแก๊ส เราได้เรียนรู้ว่าอุณหภูมิของวัตถุเป็นตัววัดพลังงานจลน์ของโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุนั้น ยิ่งอุณหภูมิของวัตถุสูงขึ้น พลังงานจลน์ของโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้น พลังงานจลน์มีความสัมพันธ์กับความเร็วของการเคลื่อนที่ ยิ่งพลังงานจลน์ (EK สูงขึ้น) ของโมเลกุลสูงขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนที่ (v สูงขึ้น) ของโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้น Aถ้าเรานำวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง (วัตถุร้อน) มาสัมผัสกับวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ (วัตถุเย็น) ความร้อนจะไหลจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปยังวัตถุเย็นโดยอัตโนมัติa อุณหภูมิต่ำ เมื่ออุณหภูมิของวัตถุเพิ่มสูงขึ้น พลังงานจลน์ของโมเลกุลที่ประกอบเป็นวัตถุจะเพิ่มขึ้น (ความเร็วในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพิ่มขึ้น) สามารถสรุปได้ว่า ความร้อนคือพลังงานจลน์ของโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็ว

หลังจากที่ทราบแล้วว่าความร้อนคือพลังงานที่เคลื่อนที่ คารีนา ความแตกต่างของอุณหภูมิ (ความหมายในระดับมหภาค) หรือความร้อน คือพลังงานจลน์ของโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็ว (ความหมายในระดับจุลภาค) สุดท้ายแล้วนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าn กำหนดกฎการอนุรักษ์พลังงาน:

พลังงานสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง เคลื่อนย้ายจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้ แต่พลังงานรวมทั้งหมดจะไม่ลดลงหรือเพิ่มขึ้น

Pการเปลี่ยนแปลงรูปแบบพลังงานi เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง การถ่ายโอนพลังงานทุกครั้งย่อมมาพร้อมกับความพยายาม หรือที่เรียกว่างาน ขึ้นอยู่กับ จากผลการทดลองและการวิเคราะห์ของนักวิทยาศาสตร์ ทำให้ทราบว่าความร้อนคือพลังงานที่ถ่ายโอนเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ (ความเข้าใจในระดับมหภาค) หรือความร้อนคือพลังงานจลน์ของโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็ว (ความเข้าใจในระดับจุลภาค) กล่าวได้ว่างาน (W) และความร้อน (Q) มีส่วนเกี่ยวข้องในการถ่ายโอนพลังงาน กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์เป็นกฎที่อธิบายการถ่ายโอนพลังงานที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและงาน Kความร้อนและงานไม่ใช่รูปแบบของพลังงานฉัน แต่ เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานระหว่างวัตถุ ระหว่างวัตถุกับสิ่งมีชีวิต หรือระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิตเท่านั้น

ในกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์ เรา อีกด้วย มาทำความรู้จักกับปริมาณใหม่ นั่นคือ พลังงานภายใน (U) พลังงานภายในคือพลังงานจลน์รวมของโมเลกุลและพลังงานศักยภาพที่เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมที่ประกอบกันเป็นโมเลกุล หรือปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่ประกอบกันเป็นวัตถุหรือสิ่งมีชีวิต ทุกสิ่งทุกอย่างประกอบด้วยอะตอมหรือโมเลกุล ดังนั้นทุกสิ่งทุกอย่างในจักรวาลจึงต้องมีพลังงานภายใน กระบวนการถ่ายโอนพลังงานทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและงานจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน