Loven om bevarelse og transformation af energi er et af fysikkens vigtigste postulater. Overvej historien om dens udseende samt de vigtigste anvendelsesområder.
Historie sider
Lad os først finde ud af, hvem der opdagede fredningsloven ogtransformation af energi. I 1841 gennemførte den engelske fysiker Joule og den russiske videnskabsmand Lenz parallelle eksperimenter, hvilket resulterede i, at det lykkedes forskerne i praksis at finde sammenhængen mellem mekanisk arbejde og varme.
Talrige undersøgelser udført af fysikerei forskellige dele af vores planet, forudbestemt opdagelsen af loven om bevarelse og transformation af energi. I midten af det nittende århundrede blev dens formulering givet af den tyske videnskabsmand Mayer. Videnskabsmanden forsøgte at opsummere alle oplysninger om elektricitet, mekanisk bevægelse, magnetisme, menneskelig fysiologi, der eksisterede på det tidspunkt.
Omkring samme periode blev lignende tanker udtrykt af forskere i Danmark, England, Tyskland.
Eksperimenter med varme
På trods af mangfoldigheden af ideer vedrvarme, et komplet billede af det blev kun givet af den russiske videnskabsmand Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Samtidige støttede ikke hans ideer, de mente, at varme ikke er forbundet med bevægelsen af de mindste partikler, der udgør stof.
Loven om bevarelse og transformation af mekaniskenergi, foreslået af Lomonosov, blev først understøttet, efter at Rumford i løbet af eksperimenter var i stand til at bevise tilstedeværelsen af partikelbevægelse inde i stoffet.
For at opnå varme forsøgte fysiker Davy at smelteis, udførte friktion mod hinanden af to isstykker. Han fremsatte en hypotese, hvorefter varme blev betragtet som den oscillerende bevægelse af stofpartikler.
Mayers lov om bevarelse og transformation af energiantog uforanderligheden af de kræfter, der forårsager udseendet af varme. En lignende idé blev kritiseret af andre forskere, der mindede om, at kraft er relateret til hastighed og masse, derfor kunne dens værdi ikke forblive den samme værdi.
I slutningen af det nittende århundrede opsummerede Mayer sitideer i brochuren og forsøgte at løse det egentlige problem med varme. Hvordan blev loven om bevarelse og transformation af energi brugt på det tidspunkt? Der var ingen konsensus inden for mekanik om metoderne til opnåelse, konvertering af energi, derfor var dette spørgsmål indtil slutningen af det nittende århundrede åbent.
Lovens træk
Loven om bevarelse og transformation af energi eren af de grundlæggende, der under visse betingelser kan måle fysiske mængder. Det kaldes den første termodynamiske lov, hvis hovedformål er bevarelse af denne mængde i et isoleret system.
Loven om bevarelse og transformation af energifastslår afhængigheden af varmemængden af forskellige faktorer. I løbet af eksperimentel forskning udført af Mayer, Helmholtz, Joule blev der tildelt forskellige energityper: potentiale, kinetisk. Kombinationen af disse typer blev kaldt mekanisk, kemisk, elektrisk, termisk.
Loven om bevarelse og transformation af energi havde følgende formulering: "En ændring i kinetisk energi er lig med en ændring i potentiel energi."
Mayer kom til den konklusion, at alle sorter af denne mængde er i stand til at transformere til hinanden, hvis den samlede varmemængde forbliver uændret.
Matematisk udtryk
For eksempel fungerer energibalancen som et kvantitativt udtryk for loven i den kemiske industri.
Loven om bevarelse og transformation af energietablerer en forbindelse mellem mængden af termisk energi, der falder ind i interaktionszonen mellem forskellige stoffer med den mængde, der forlader denne zone.
Overgangen fra en energitype til en anden betyder ikke, at den forsvinder. Nej, kun dens transformation til en anden form observeres.
Samtidig er der et forhold:arbejde er energi. Loven om bevarelse og omdannelse af energi forudsætter, at denne værdi (dens samlede mængde) er konstant for alle processer, der forekommer i et isoleret system. Dette indikerer, at under overgangen fra en art til en anden observeres kvantitativ ækvivalens. For at give en kvantitativ karakterisering af forskellige former for bevægelse er atom, kemisk, elektromagnetisk og termisk energi blevet introduceret i fysikken.
Moderne formulering
Hvordan loven om bevarelse og transformation læsesenergi i disse dage? Klassisk fysik tilbyder en matematisk oversigt over dette postulat i form af en generaliseret statsligning for et termodynamisk lukket system:
W = Wk + Wp + U
Denne ligning viser, at den samlede mekaniske energi i et lukket system bestemmes som summen af kinetiske, potentielle, interne energier.
Loven om bevarelse og transformation af energi, hvis formel blev præsenteret ovenfor, forklarer uforanderligheden af denne fysiske størrelse i et lukket system.
Den største ulempe ved den matematiske notation er dens relevans kun for et lukket termodynamisk system.
Ikke-lukkede systemer
Under hensyntagen til princippet om stigninger er det ganske muligtat udvide loven om bevarelse af energi til ikke-lukkede fysiske systemer. Dette princip anbefaler at skrive matematiske ligninger relateret til beskrivelsen af systemets tilstand, ikke i absolutte tal, men i deres numeriske trin.
Så alle former tages fuldt ud i betragtningenergi, blev det foreslået at tilføje til den klassiske ligning af et ideelt system summen af energitilvækster, der er forårsaget af ændringer i tilstanden af det analyserede system under påvirkning af forskellige former for feltet.
I en generaliseret version har statsligningen følgende form:
dW = Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Det er denne ligning, der betragtes som den mest komplette i moderne fysik. Det var dette, der blev grundlaget for loven om bevarelse og transformation af energi.
værdi
I videnskaben er der ingen undtagelser fra denne lovstyrer alle naturfænomener. Det er på grundlag af dette postulat, at man kan fremsætte hypoteser om forskellige motorer, herunder tilbagevisning af virkeligheden ved udviklingen af en evig mekanisme. Det kan anvendes i alle tilfælde, når det er nødvendigt at forklare overgangene fra en energitype til en anden.
Ansøgning i mekanik
Hvordan loven om bevarelse og transformation læsesenergi nu? Dens essens ligger i overgangen fra en type af denne mængde til en anden, men samtidig er dens samlede værdi uændret. De systemer, hvor mekaniske processer udføres, kaldes konservative. Sådanne systemer er idealiserede, det vil sige, at de ikke tager hensyn til friktionskræfterne, andre former for modstand, der forårsager spredning af mekanisk energi.
I et konservativt system finder kun gensidige overgange af potentiel energi til kinetisk energi sted.
Arbejdet med de kræfter, der opererer i et lignende systempå kroppen er ikke relateret til banens form. Dens værdi afhænger af kroppens endelige og oprindelige position. Tyngdekraften betragtes som et eksempel på kræfter af denne art i fysikken. I et konservativt system er størrelsen af kraftens arbejde i et lukket område lig med nul, og loven om bevarelse af energi vil være gyldig i følgende form: "I et konservativt lukket system er summen af potentialet og kinetisk energi i de organer, der udgør systemet, forbliver uændret. "
For eksempel i tilfælde af et frit fald i et legeme sker der en overgang af potentiel energi til kinetisk form, mens den samlede værdi af disse arter ikke ændres.
Afslutningsvis
Mekanisk arbejde kan betragtes som den eneste måde for gensidig overgang af mekanisk bevægelse til andre former for stof.
Denne lov har fundet anvendelse inden for teknologi.Efter at have slukket bilmotoren er der et gradvist tab af kinetisk energi, det efterfølgende stop af køretøjet. Undersøgelser har vist, at i dette tilfælde frigives en vis mængde varme, derfor gnider kroppelegemer op, hvilket øger deres indre energi. I tilfælde af friktion eller modstand mod bevægelse observeres en overgang af mekanisk energi til en intern værdi, hvilket angiver lovens rigtighed.
Dens moderne formulering er:”Energien i et isoleret system forsvinder ikke ind i ingenting, dukker ikke op af ingenting. I alle fænomener, der findes i systemet, er der en overgang fra en energitype til en anden, en overførsel fra et legeme til et andet uden kvantitative ændringer. "
Efter opdagelsen af denne lov forlader fysikere ikketanken om at skabe en evig bevægelsesmaskine, hvor der i en lukket cyklus ikke ville være nogen ændring i mængden af varme, der overføres af systemet til omverdenen, i sammenligning med den varme, der modtages udefra. Sådan en maskine kan blive en uudtømmelig varmekilde, en måde at løse menneskehedens energiproblem.
