关于能量守恒定律的文章
能量形式
在我们的日常生活中,能量以多种形式存在。在关于功和能量的讨论中,我们已经了解了两种机械能:势能和动能。势能包含多种类型,包括重力势能、弹性势能和电能。动能则包含两种类型:平动动能和转动动能。
一颗美味成熟的芒果悬挂在果柄上时,具有重力势能。当你身处离地面一定高度的地方,例如屋顶上时,也会发生同样的情况。物体由于其相对于地球的位置而具有重力势能。
弹弓的橡皮筋拉伸后具有弹性势能。弹弓之所以能发射石块,正是因为橡皮筋的弹性势能。同样,弓箭手拉开的弓之所以能发射箭矢,也是因为弓身的弹性势能。
除了我们日常生活中常见的、大质量物质所具有的势能和动能之外,能量还以其他形式存在,例如电能、核能、化学能等等。分子运动论出现后,人们认为其他形式的能量(电能、化学能等)在原子或分子层面上是动能或势能。食物和燃料中储存的化学能被认为是储存在分子中的势能,这是由于构成分子的原子之间存在电场力(也称为化学键)所致。电能、磁能、核能也可以被视为原子尺度上的动能或势能。
能量形式的变化
值得注意的是,能量可以从一种形式转化为另一种形式。在宏观层面上,我们可以找到无数能量转化的例子。一个挂在茎上的芒果具有重力势能。当芒果落到地面时,它的势能会沿着下落路径逐渐减小。随着芒果开始下落,由于它与地面的垂直距离减小,势能也随之减小。由于重力加速度的持续作用,芒果的速度增加,这种势能转化为平动动能。弹弓中储存的弹性势能,在松开拉力时可以转化为石头的平动动能……弯曲的弓也具有弹性势能。
弯曲弓的弹性势能可以转化为箭的平动动能。在微观层面,我们也能找到能量转化的例子。例如,打开霓虹灯时,电能同时转化为光能。另一个例子是电能转化为旋转动能(例如风扇的旋转),等等。这种电能转化过程实际上是由原子或分子层面的势能和动能之间的转换引起的。
能量形式的变化通常涉及能量从一个物体到另一个物体的转移。
能量转换通常涉及能量从一个物体到另一个物体的转移。弯曲的弓具有弹性势能。当拉弓时,弓的弹性势能转化为箭的平动动能。同时,能量从弓转移到箭。当你推动一辆熄火的摩托车时,你体内的化学势能转化为摩托车的平动动能。同时,能量从你转移到摩托车。水坝顶部的水具有重力势能。当水下落时,其重力势能转化为平动动能。下落的水驱动涡轮机。当水驱动涡轮机时,其平动动能转化为转动动能。同时,能量从水转移到涡轮机。
能量转移时总是做功。
在前面讨论的每个例子中,能量的转移总是伴随着努力。当能量从弓传递到箭时,弓对箭做了功。当能量从你传递到摩托车时,你对摩托车做了功。当能量从水传递到涡轮机时,水对涡轮机做了功。如果没有做功,那么弓松开时箭就不可能移动,抛锚的摩托车也不可能被推动。涡轮机的情况也是如此。但实际上,箭、抛锚的摩托车和涡轮机都移动了。由此可以得出结论:当能量从一个物体传递到另一个物体时,总是需要付出努力(W)。
尽管科学家们知道能量总是从一个物体传递到另一个物体,但他们仍然无法得出能量守恒的结论。热的存在令科学家们感到困惑。热总是由于摩擦而产生的。例如,你推一个放在地上的木块。当你推木块时,你体内的化学势能转化为木块的平动动能。同时,能量从你传递给了木块。当能量从你传递给木块时,你就对木块做了功(W = Fs)。当然,木块会移动。
移动之后,木块通常会停止运动。木块停止运动的原因是摩擦力。摩擦产生热量。试着摩擦你的双手,你会感觉手掌发热,对吧?木块也会发生同样的情况。由于摩擦,地面和木块底部都会发热。摩擦力也被称为耗散力,因为它会减少或消除总机械能(机械能 = 势能 + 动能)。在这种情况下,摩擦力消除了木块的平动动能。木块的平动动能来源于化学势能。
卡洛尔
S在十九世纪之前,没有科学家知道这一点。 适当地 热 atau 热。一种理论认为,热是一种特定类型的物质(这种物质被称为热质)。 但 物质的存在 伯纳马 热量无法证明 它的存在. 自从 19世纪30年代末,詹姆斯·焦耳(1818-1889)进行了一项实验,发现 损失的动能始终与以下情况相同:r 由此产生。
既非热能也非动能k 动能和热量各自都是永恒的。永恒不变的是动能和热量的总量。焦耳根据他的实验结果,将动能和热量与热传递进行了比较。 达里语 高温物体(热物体) ke 低温物体(冷物体)。 Joule 得出结论,如果r 是n 能量g 由于温差而发生的运动。这是从宏观角度对热的定义。从微观角度来看, 热是可以解释的 利用动力学理论。
在气体分子运动论的学习中,我们了解到物体的温度是构成该物体的分子动能的量度。物体的温度越高,构成该物体的分子的动能就越大。动能与运动速度密切相关。分子的动能(EK)越大,其运动速度(v)就越快。如果我们用一个高温物体(热物体)接触一个低温物体(冷物体),热量就会自动从高温物体流向低温物体。当物体的温度升高时,构成该物体的分子的动能就会增加(分子运动速度也会增加)。由此可见,热量是快速运动分子的动能。
在认识到热是由于温度差异而传递的能量(宏观定义)或热是快速运动分子的动能(微观定义)之后,科学家们最终提出了能量守恒定律:
能量可以从一种形式转化为另一种形式,从一个物体转移到另一个物体,但总能量永远不会减少或增加。
能量形式的改变涉及能量从一个物体到另一个物体的转移。每一次能量转移都伴随着努力或功。基于科学家的实验和分析结果,我们知道,热实际上是由于温度差异而转移的能量(宏观理解),或者热是快速运动分子的动能(微观理解)。我们可以说,功(W)和热(Q)都参与了能量的转移。热力学第一定律解释了涉及热和功的能量转移。热和功本身并非能量形式,它们只是参与物体之间、物体与生物之间以及生物之间的能量转移过程。
在热力学第一定律中,我们还认识了一个新的物理量:内能(U)。内能是构成分子的原子间相互作用或构成物体或生物体的分子间相互作用所产生的分子动能和势能的总和。所有物体都由原子或分子构成。因此,宇宙中所有物体都具有内能。任何涉及热和功的能量传递过程都会导致内能的变化。