Enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likums ir viens no svarīgākajiem fizikas principiem. Apsveriet tās izskatu vēsturi, kā arī galvenās pielietojuma jomas.
Vēstures lapas
Vispirms noskaidrojiet, kas ir atklājis likumu par saglabāšanu unenerģijas pārveidošana. 1841. gadā angļu fiziķis Joule un krievu zinātnieks Lenz veica paralēlus eksperimentus, kā rezultātā zinātnieki praktiski noskaidroja saikni starp mehānisko darbu un siltumu.
Daudzi pētījumi, ko veic fiziķidažādās mūsu planētas daļās, noteica enerģijas saglabāšanas un transformācijas likuma atklāšanu. Deviņpadsmitā gadsimta vidū vācu zinātnieks Maiers saņēma savu formulējumu. Zinātnieks mēģināja apkopot visu informāciju par elektrību, mehānisko kustību, magnetismu, cilvēka fizioloģiju, kas pastāvēja šajā laika periodā.
Apmēram tajā pašā laika posmā līdzīgas domas izteica zinātnieki Dānijā, Anglijā, Vācijā.
Eksperimenti ar siltumu
Neskatoties uz ideju dažādībusiltumu, pilnīgu priekšstatu par to sniedza tikai krievu zinātnieks Mihails Vasilevičs Lomonosovs. Mūsdienu cilvēki neatbalstīja viņa idejas, viņi uzskatīja, ka siltums nav saistīts ar mazāko daļiņu, kas veido lietu, kustību.
Mehāniskās aizsardzības un pārveidošanas likumsLomonosova ierosināto enerģiju atbalstīja tikai pēc tam, kad Rumfors eksperimentu laikā spēja pierādīt daļiņu kustības klātbūtni vielā.
Lai iegūtu siltu, fiziķis Davy centās izkausētledus, berzējot kopā divus ledus gabaliņus. Viņš izteica pieņēmumu, ka siltums tiek uzskatīts par svārstīgo kustīgo daļiņu saturu.
Enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likums saskaņā ar Mayerpieņēmusi to spēku nemainību, kas izraisa siltumu. Līdzīgu ideju kritizēja arī citi zinātnieki, kuri atgādināja, ka spēks ir saistīts ar ātrumu un masu, tādēļ tā vērtība nevar palikt nemainīga.
Deviņpadsmitā gadsimta beigās Majers apkopoja savuidejas brošūrā un mēģināja atrisināt faktisko siltuma problēmu. Kā tajā laikā tika izmantots enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likums? Mehānikā nebija vienprātības par enerģijas iegūšanas, pārveidošanas metodēm, tāpēc līdz 19. gadsimta beigām šis jautājums palika atklāts.
Likuma iezīme
Закон сохранения и превращение энергии является viens no pamatnosacījumiem, ļaujot noteiktos apstākļos izmērīt fiziskos daudzumus. To sauc par pirmo termodinamikas likumu, kura galvenais mērķis ir saglabāt šo vērtību izolētas sistēmas apstākļos.
Enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likumsnosaka siltuma daudzuma atkarību no dažādiem faktoriem. Eksperimentālo pētījumu laikā, ko veica Majers, Helmholcs, Džouls, tika piešķirti dažādi enerģijas veidi: potenciāls, kinētisks. Šo veidu kombināciju sauca par mehānisko, ķīmisko, elektrisko, termisko.
Enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likumam bija šāds formulējums: "Kinētiskās enerģijas izmaiņas ir vienādas ar potenciālās enerģijas izmaiņām."
Majers nonāca pie secinājuma, ka visas šī daudzuma šķirnes spēj pārveidoties savā starpā, ja kopējais siltuma daudzums paliek nemainīgs.
Matemātiskā izteiksme
Piemēram, enerģijas bilance darbojas kā kvantitatīva likuma izpausme ķīmijas rūpniecībā.
Enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likumsizveido saikni starp siltuma enerģijas daudzumu, kas ietilpst dažādu vielu mijiedarbības zonā, ar daudzumu, kas atstāj šo zonu.
Pāreja no viena veida enerģijas uz citu nenozīmē, ka tā pazūd. Nē, tiek novērota tikai tā pārveidošanās citā formā.
Tajā pašā laikā pastāv attiecības:darbs ir enerģija. Enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likums pieņem šīs vērtības (tās kopējās summas) nemainīgumu visiem procesiem, kas notiek izolētā sistēmā. Tas norāda, ka pārejas procesā no vienas sugas uz otru tiek novērota kvantitatīvā ekvivalence. Lai piešķirtu dažādu kustības veidu kvantitatīvo raksturojumu, fizikā ir ieviesta kodolenerģija, ķīmiskā, elektromagnētiskā, siltuma enerģija.
Mūsdienu formulējums
Kā tiek lasīts saglabāšanas un pārveidošanas likumsenerģija šajās dienās? Klasiskā fizika piedāvā šī postulāta matemātisku ierakstu vispārēja stāvokļa vienādojuma veidā slēgtai termodinamiskai sistēmai:
W = Wk + Wp + U
Šis vienādojums parāda, ka slēgtas sistēmas kopējo mehānisko enerģiju nosaka kā kinētisko, potenciālo, iekšējo enerģiju summu.
Enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likums, kura formula tika parādīta iepriekš, izskaidro šī fiziskā daudzuma nemainīgumu slēgtā sistēmā.
Matemātiskā apzīmējuma galvenais trūkums ir tā atbilstība tikai slēgtai termodinamiskai sistēmai.
Neslēgtas sistēmas
Ņemot vērā pieauguma principu, tas ir pilnīgi iespējamspaplašināt enerģijas saglabāšanas likumu uz neslēgtām fiziskām sistēmām. Šis princips iesaka rakstīt matemātiskus vienādojumus, kas saistīti ar sistēmas stāvokļa aprakstu, nevis absolūtos skaitļos, bet gan skaitliskos pieaugumos.
Lai visas formas tiktu pilnībā ņemtas vērāenerģiju, tika ierosināts ideālās sistēmas klasiskajam vienādojumam pievienot enerģijas pieauguma summu, ko dažādu izmaiņu lauka ietekmē izraisa analizējamās sistēmas stāvokļa izmaiņas.
Vispārinātā versijā stāvokļa vienādojumam ir šāda forma:
dW = Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Tieši šo vienādojumu mūsdienu fizikā uzskata par vispilnīgāko. Tas bija tas, kas kļuva par enerģijas saglabāšanas un pārveidošanas likuma pamatu.
Jēga
Zinātnē šim likumam nav izņēmumu, tas irkontrolē visas dabas parādības. Pamatojoties uz šo postulātu, var izvirzīt hipotēzes par dažādiem dzinējiem, tostarp mūžīgā mehānisma attīstības realitātes atspēkošanu. To var piemērot visos gadījumos, kad nepieciešams izskaidrot pārejas no viena enerģijas veida uz otru.
Pielietojums mehānikā
Kā tiek lasīts saglabāšanas un pārveidošanas likumsenerģija tagad? Tās būtība slēpjas viena veida šī daudzuma pārejā uz citu, bet tajā pašā laikā tā kopējā vērtība nemainās. Tās sistēmas, kurās tiek veikti mehāniski procesi, sauc par konservatīvām. Šādas sistēmas tiek idealizētas, tas ir, tās neņem vērā berzes spēkus, citus pretestības veidus, kas izraisa mehāniskās enerģijas izkliedi.
Konservatīvā sistēmā notiek tikai potenciālās enerģijas savstarpējas pārejas uz kinētisko enerģiju.
To spēku darbs, kuri darbojas līdzīgā sistēmāuz ķermeņa nav saistīts ar ceļa formu. Tās vērtība ir atkarīga no ķermeņa galīgā un sākotnējā stāvokļa. Gravitācijas spēks tiek uzskatīts par šāda veida spēku piemēru fizikā. Konservatīvā sistēmā spēka darba lielums slēgtā zonā ir vienāds ar nulli, un enerģijas saglabāšanas likums būs spēkā šādā formā: "Konservatīvā slēgtā sistēmā potenciāla un ķermeņu, kas veido sistēmu, kinētiskā enerģija paliek nemainīga. "
Piemēram, ķermeņa brīvas krišanas gadījumā notiek potenciālās enerģijas pāreja kinētiskā formā, savukārt šo sugu kopējā vērtība nemainās.
Noslēgumā
Mehānisko darbu var uzskatīt par vienīgo mehāniskās kustības savstarpējas pārejas veidu citos matērijas veidos.
Šis likums ir atradis pielietojumu tehnoloģijā.Pēc automašīnas dzinēja izslēgšanas pakāpeniski tiek zaudēta kinētiskā enerģija, kas seko transportlīdzekļa apstādināšanai. Pētījumi ir parādījuši, ka šajā gadījumā tiek atbrīvots noteikts siltuma daudzums, tāpēc berzošie ķermeņi sakarst, palielinot to iekšējo enerģiju. Berzes vai jebkādas pretestības gadījumā kustībai tiek novērota mehāniskās enerģijas pāreja uz iekšējo vērtību, kas norāda uz likuma pareizību.
Tās mūsdienu formulējums ir:“Izolētas sistēmas enerģija nepazūd nekurienē, neparādās nekurienē. Jebkurās parādībās, kas pastāv sistēmā, notiek pāreja no viena veida enerģijas uz citu, pāreja no viena ķermeņa uz otru, bez kvantitatīvām izmaiņām. "
Pēc šī likuma atklāšanas fiziķi nepametideja izveidot mūžīgu kustības mašīnu, kurā slēgtā ciklā nemainītos siltuma daudzums, ko sistēma pārnes uz apkārtējo pasauli, salīdzinot ar no ārpuses saņemto siltumu. Šāda mašīna varētu kļūt par neizsīkstošu siltuma avotu, par veidu, kā atrisināt cilvēces enerģijas problēmu.
