Loven om bevarelse og omdannelse af energi er et af fysikkens vigtigste postulater. Overvej historien om dets udseende såvel som de vigtigste anvendelsesområder.
Historiesider
Først, lad os finde ud af, hvem der opdagede loven om bevarelse og transformation af energi. I 1841 gennemførte den engelske fysiker Joule og den russiske videnskabsmand Lenz eksperimenter sideløbende, hvilket resulterede i, at det i praksis lykkedes forskerne at finde ud af sammenhængen mellem mekanisk arbejde og varme.
Talrige undersøgelser udført af fysikere i forskellige dele af vores planet forudbestemte opdagelsen af loven om bevarelse og omdannelse af energi. I midten af det nittende århundrede gav den tyske videnskabsmand Mayer sin formulering. Videnskabsmanden forsøgte at opsummere al information 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 medvarme
På trods af de mange forskellige ideer om varme, blev et komplet billede af det kun givet til den russiske videnskabsmand Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Samtidige støttede ikke hans ideer, de mente, at varme ikke var forbundet med bevægelsen af de mindste partikler, der udgør stoffet.
Loven om bevarelse og transformation af mekanisk energi, foreslået af Lomonosov, blev først støttet, efter at Rumfoord formåede at bevise tilstedeværelsen af bevægelse af partikler inde i stof i løbet af eksperimenter.
For at opnå varme forsøgte fysikeren Davy at smelte is ved at gnide to stykker is mod hinanden. Han fremsatte en hypotese, ifølge hvilken varme blev betragtet som en oscillerende bevægelse af stofpartikler.
Mayers lov om bevarelse og transformation af energi antog uforanderligheden af de kræfter, der forårsager fremkomsten af varme. Denne idé blev kritiseret af andre videnskabsmænd, som mindede om, at kraft er relateret til hastighed og masse, derfor kunne dens værdi ikke forblive uændret.
I slutningen af det nittende århundrede sammenfattede Mayer sine ideer i en pjece og forsøgte at løse det faktiske problem med varme. Hvordan blev loven om bevarelse og omdannelse af energi brugt på det tidspunkt? Inden for mekanik var der ingen konsensus om, hvordan man opnår, transformerer energi, så dette spørgsmål forblev åbent indtil slutningen af det nittende århundrede.
Funktioner i loven
Loven om bevarelse og transformation af energi er en af de grundlæggende, der tilladervisse betingelser for at måle fysiske mængder. Det kaldes termodynamikkens første lov, hvis hovedformål er bevarelsen af denne værdi i et isoleret system.
Loven om bevarelse og omdannelse af energi fastslår afhængigheden af mængden af varme af forskellige faktorer. I løbet af eksperimentelle undersøgelser udført af Mayer, Helmholtz, Joule blev der skelnet mellem forskellige typer energi: potentiel, kinetisk. Kombinationen af disse arter blev kaldt mekanisk, kemisk, elektrisk, termisk.
Loven om bevarelse og transformation af energi havde følgende formulering: "Ændringen i kinetisk energi er lig med ændringen i potentiel energi."
Mayer kom til den konklusion, at alle varianter af denne mængde er i stand til at omdannes til hinanden, hvis den samlede varmemængde forbliver uændret.
Matematisk udtryk
For eksempel, som et kvantitativt udtryk for loven, er den kemiske industri energibalancen.
Loven om bevarelse og transformation af energi etablerer et forhold mellem mængden af termisk energi, der kommer ind i zonen for interaktion mellem forskellige stoffer, og mængden, der forlader denne zone.
Overgangen fra én type energi til en anden betyder ikke, at den forsvinder. Nej, kun hendes forvandling til en anden form observeres.
Samtidig er der et forhold: arbejde - energi. Loven om bevarelse og transformation af energi antager konstanten af denne mængde (dets samledemængde) for alle processer, der finder sted i et isoleret system. Dette indikerer, at der i overgangsprocessen fra en art til en anden observeres kvantitativ ækvivalens. For at give en kvantitativ beskrivelse af forskellige typer af bevægelse, blev nuklear, kemisk, elektromagnetisk, termisk energi introduceret i fysikken.
Moderne formulering
Hvordan læses loven om bevarelse og transformation af energi i dag? Klassisk fysik tilbyder en matematisk notation af dette postulat i form af en generaliseret tilstandsligning for et termodynamisk lukket system:
W=Wk + Wp + U
Denne ligning viser, at den samlede mekaniske energi i et lukket system er defineret som summen af kinetiske, potentielle, interne energier.
Loven om bevarelse og transformation af energi, hvis formel blev præsenteret ovenfor, forklarer invariansen af denne fysiske størrelse i et lukket system.
Den største ulempe ved matematisk notation er dens relevans kun for et lukket termodynamisk system.
Åbne systemer
Hvis vi tager princippet om trin i betragtning, er det ganske muligt at 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.
For fuldt ud at tage højde for alle former for energi, blev det foreslået at tilføje til den klassiske ligning for et ideelt systemsummen af energitilvækst, der er forårsaget af ændringer i tilstanden af det analyserede system under indflydelse af forskellige former for feltet.
I den generaliserede version er tilstandsligningen som følger:
dW=Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Denne ligning betragtes som den mest komplette i moderne fysik. Det var det, der blev grundlaget for loven om bevarelse og omdannelse af energi.
Meaning
I videnskaben er der ingen undtagelser fra denne lov, den styrer alle naturfænomener. Det er på baggrund af dette postulat, at man kan fremsætte hypoteser om forskellige motorer, herunder tilbagevisning af virkeligheden af udviklingen af en evighedsmekanisme. Den kan bruges i alle tilfælde, hvor det er nødvendigt at forklare overgangene fra en type energi til en anden.
Mekaniske applikationer
Hvordan læses loven om bevarelse og transformation af energi på nuværende tidspunkt? Dens essens ligger i overgangen af en type af denne mængde til en anden, men samtidig forbliver dens samlede værdi uændret. De systemer, hvori mekaniske processer udføres, kaldes konservative. Sådanne systemer er idealiserede, det vil sige, at de ikke tager højde for friktionskræfter, andre typer modstand, der forårsager spredning af mekanisk energi.
I et konservativt system forekommer kun gensidige overgange af potentiel energi til kinetisk energi.
Arbejdet af kræfter, der virker på en krop i et sådant system, er ikke relateret til stiens form. dens værdiafhænger af kroppens endelige og indledende position. Som et eksempel på kræfter af denne art i fysik kan du overveje tyngdekraften. I et konservativt system er værdien af en krafts arbejde i et lukket afsnit nul, og loven om energibevarelse vil være gyldig i følgende form: "I et konservativt lukket system er summen af den potentielle og kinetiske energi af de organer, der udgør systemet, forbliver uændret."
For eksempel, i tilfælde af et frit fald af et legeme, ændres potentiel energi til en kinetisk form, mens den samlede værdi af disse typer ikke ændres.
Afslutningsvis
Mekanisk arbejde kan betragtes som den eneste måde til gensidig overgang af mekanisk bevægelse til andre former for stof.
Denne lov har fundet anvendelse i teknologi. Efter at have slukket bilmotoren, er der et gradvist tab af kinetisk energi, efterfulgt af et stop af køretøjet. Undersøgelser har vist, at i dette tilfælde frigives en vis mængde varme, derfor opvarmes gnidningslegemerne, hvilket øger deres indre energi. I tilfælde af friktion eller enhver modstand mod bevægelse observeres en overgang af mekanisk energi til en indre værdi, hvilket indikerer lovens rigtighed.
Dens moderne formulering ser ud som: "Energien i et isoleret system forsvinder ikke ud i ingenting, dukker ikke op fra ingenting. I ethvert fænomen, der eksisterer i systemet, er der en overgang af en type energi til en anden, overførsel fra en krop til en anden, udenkvantitativ ændring."
Efter opdagelsen af denne lov forlader fysikere ikke ideen om at skabe en evighedsmaskine, hvor der i en lukket cyklus ikke ville være nogen ændring i mængden af varme, der overføres af systemet til den omgivende verden, i sammenligning med den varme, der modtages udefra. Sådan en maskine kunne blive en uudtømmelig varmekilde, en måde at løse menneskehedens energiproblem på.
