Loven om bevaring og transformasjon av energi er et av fysikkens viktigste postulater. Vurder historien til utseendet, så vel som de viktigste bruksområdene.
Historiesider
Først, la oss finne ut hvem som oppdaget loven om bevaring og transformasjon av energi. I 1841 utførte den engelske fysikeren Joule og den russiske vitenskapsmannen Lenz eksperimenter parallelt, som et resultat av at forskerne klarte å finne ut i praksis sammenhengen mellom mekanisk arbeid og varme.
Tallrike studier utført av fysikere i forskjellige deler av planeten vår forutbestemte oppdagelsen av loven om bevaring og transformasjon av energi. På midten av det nittende århundre ga den tyske vitenskapsmannen Mayer sin formulering. Forskeren prøvde å oppsummere all informasjon om elektrisitet, mekanisk bevegelse, magnetisme, menneskelig fysiologi som eksisterte på den tiden.
Omtrent samme periode ble lignende tanker uttrykt av forskere i Danmark, England, Tyskland.
Eksperimenter medvarme
Til tross for mangfoldet av ideer angående varme, ble et fullstendig bilde av det gitt kun til den russiske forskeren Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Samtidige støttet ikke ideene hans, de mente at varme ikke var assosiert med bevegelsen til de minste partiklene som utgjør materien.
Loven om bevaring og transformasjon av mekanisk energi, foreslått av Lomonosov, ble støttet først etter at Rumfoord klarte å bevise tilstedeværelsen av bevegelse av partikler inne i materie i løpet av eksperimenter.
For å få varme prøvde fysikeren Davy å smelte is ved å gni to isstykker mot hverandre. Han la frem en hypotese om at varme ble betraktet som en oscillerende bevegelse av materiepartikler.
Mayers lov om bevaring og transformasjon av energi antok uforanderligheten til kreftene som forårsaker fremkomsten av varme. Denne ideen ble kritisert av andre forskere, som minnet om at kraft er relatert til hastighet og masse, derfor kunne dens verdi ikke forbli uendret.
På slutten av det nittende århundre oppsummerte Mayer ideene sine i en brosjyre og prøvde å løse det faktiske problemet med varme. Hvordan ble loven om bevaring og transformasjon av energi brukt på den tiden? I mekanikk var det ingen konsensus om hvordan man skulle oppnå, transformere energi, så dette spørsmålet forble åpent til slutten av det nittende århundre.
Lovens funksjon
Loven om bevaring og transformasjon av energi er en av de grunnleggende, som tillatervisse forhold for å måle fysiske mengder. Det kalles termodynamikkens første lov, hvis hovedformål er å bevare denne verdien i et isolert system.
Loven om bevaring og transformasjon av energi fastslår avhengigheten av varmemengden av ulike faktorer. I løpet av eksperimentelle studier utført av Mayer, Helmholtz, Joule, ble forskjellige typer energi skilt ut: potensiell, kinetisk. Kombinasjonen av disse artene ble k alt mekanisk, kjemisk, elektrisk, termisk.
Loven om bevaring og transformasjon av energi hadde følgende formulering: "Endringen i kinetisk energi er lik endringen i potensiell energi."
Mayer kom til den konklusjon at alle varianter av denne mengden er i stand til å forvandle seg til hverandre hvis den totale varmemengden forblir uendret.
Matematisk uttrykk
For eksempel, som et kvantitativt uttrykk for loven, er den kjemiske industrien energibalansen.
Loven om bevaring og transformasjon av energi etablerer et forhold mellom mengden termisk energi som kommer inn i sonen for interaksjon av ulike stoffer, med mengden som forlater denne sonen.
Overgangen fra en type energi til en annen betyr ikke at den forsvinner. Nei, bare hennes transformasjon til en annen form blir observert.
Samtidig er det et forhold: arbeid - energi. Loven om bevaring og transformasjon av energi antar konstansen til denne mengden (den totalemengde) for alle prosesser som skjer i et isolert system. Dette indikerer at i prosessen med overgang fra en art til en annen, observeres kvantitativ ekvivalens. For å gi en kvantitativ beskrivelse av ulike typer bevegelse, ble kjernefysisk, kjemisk, elektromagnetisk, termisk energi introdusert i fysikken.
Moderne ordlyd
Hvordan leses loven om bevaring og transformasjon av energi i dag? Klassisk fysikk tilbyr en matematisk notasjon av dette postulatet i form av en generalisert tilstandsligning for et termodynamisk lukket system:
W=Wk + Wp + U
Denne ligningen viser at den totale mekaniske energien til et lukket system er definert som summen av kinetiske, potensielle, indre energier.
Loven om bevaring og transformasjon av energi, hvis formel ble presentert ovenfor, forklarer invariansen til denne fysiske størrelsen i et lukket system.
Den største ulempen med matematisk notasjon er dens relevans bare for et lukket termodynamisk system.
Åpne systemer
Hvis vi tar hensyn til prinsippet om inkrementer, er det fullt mulig å utvide loven om bevaring av energi til ikke-lukkede fysiske systemer. Dette prinsippet anbefaler å skrive matematiske ligninger relatert til beskrivelsen av systemets tilstand, ikke i absolutte termer, men i deres numeriske trinn.
For fullt ut å ta hensyn til alle former for energi, ble det foreslått å legge til den klassiske ligningen for et ideelt systemsummen av energiøkninger som er forårsaket av endringer i tilstanden til det analyserte systemet under påvirkning av ulike former for felt.
I den generaliserte versjonen er tilstandsligningen som følger:
dW=Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Denne ligningen regnes som den mest komplette i moderne fysikk. Det var det som ble grunnlaget for loven om bevaring og transformasjon av energi.
Meaning
I vitenskapen er det ingen unntak fra denne loven, den styrer alle naturfenomener. Det er på grunnlag av dette postulatet at man kan fremsette hypoteser om ulike motorer, inkludert tilbakevisning av realiteten i utviklingen av en evigvarende mekanisme. Den kan brukes i alle tilfeller der det er nødvendig å forklare overgangene fra en type energi til en annen.
Mekaniske applikasjoner
Hvordan leses loven om bevaring og transformasjon av energi på nåværende tidspunkt? Dens essens ligger i overgangen av en type av denne mengden til en annen, men samtidig forblir dens samlede verdi uendret. De systemene der mekaniske prosesser utføres kalles konservative. Slike systemer er idealiserte, det vil si at de ikke tar hensyn til friksjonskrefter, andre typer motstand som forårsaker spredning av mekanisk energi.
I et konservativt system skjer bare gjensidige overganger av potensiell energi til kinetisk energi.
Kraftens arbeid som virker på en kropp i et slikt system er ikke relatert til banens form. Dens verdiavhenger av den endelige og opprinnelige posisjonen til kroppen. Som et eksempel på krefter av denne typen i fysikk, se på tyngdekraften. I et konservativt system er verdien av arbeidet til en kraft i en lukket seksjon null, og loven om bevaring av energi vil være gyldig i følgende form: I et konservativt lukket system, summen av potensiell og kinetisk energi av organene som utgjør systemet forblir uendret.»
For eksempel, ved fritt fall av en kropp, endres potensiell energi til en kinetisk form, mens den totale verdien av disse typene ikke endres.
Avslutningsvis
Mekanisk arbeid kan betraktes som den eneste måten for gjensidig overgang av mekanisk bevegelse til andre former for materie.
Denne loven har funnet anvendelse i teknologi. Etter å ha slått av bilmotoren, er det et gradvis tap av kinetisk energi, etterfulgt av stopp av kjøretøyet. Studier har vist at i dette tilfellet frigjøres en viss mengde varme, derfor varmes gnidelegemene opp, og øker deres indre energi. Ved friksjon eller motstand mot bevegelse observeres en overgang av mekanisk energi til en indre verdi, noe som indikerer riktigheten av loven.
Den moderne formuleringen ser slik ut: «Energien til et isolert system forsvinner ikke inn i ingensteds, dukker ikke opp fra ingensteds. I ethvert fenomen som eksisterer i systemet, er det en overgang av en type energi til en annen, overføring fra en kropp til en annen, utenkvantitativ endring."
Etter oppdagelsen av denne loven, forlater ikke fysikere ideen om å lage en evighetsmaskin, der det i en lukket syklus ikke vil være noen endring i mengden varme som overføres av systemet til verden rundt, sammenlignet med varmen mottatt utenfra. En slik maskin kan bli en uuttømmelig varmekilde, en måte å løse menneskehetens energiproblem på.
