Zakon o ohranjanju in preoblikovanju energije. Formulacija in opredelitev zakona o ohranjanju in preoblikovanju energije

Zakon ohranjanja in preoblikovanja energije je eden najpomembnejših postulatov fizike. Upoštevajte zgodovino njenega videza in glavna področja uporabe.

Strani zgodovine

Prvič, ugotovimo, kdo je odkril zakon o ohranjanju in preoblikovanju energije. Leta 1841 sta angleški fizik Joule in ruski znanstvenik Lenz izvajala eksperimente, zaradi česar so znanstveniki uspeli pojasniti razmerje med mehanskim delom in toploto.

Številne študije fizikov v različnih predelih našega planeta so vnaprej določile odkritje zakona o ohranjanju in preoblikovanju energije. Sredi devetnajstega stoletja je nemški znanstvenik Mayer dobil svojo formulacijo. Znanstvenik je poskušal posplošiti vse informacije o električni energiji, mehanskem gibanju, magnetizmu, človeški fiziologiji, ki je obstajala v tistem času.

Približno v istem obdobju so podobne ideje izrazili znanstveniki na Danskem, v Angliji, Nemčiji.

Eksperimenti s toploto

Kljub raznovrstnim zamislim v zvezi z vročino je bila popolna slika tega izročila samo ruskim znanstvenikom Mikhailu Vasilieviču Lomonosovu. Sodobniki niso podprli njegove ideje, verjamejo, da toplota ni povezana z gibanjem najmanjših delcev, ki tvorijo snov.

Zakon o ohranjanju in preoblikovanja mehanske energije, ki jih Lomonosov predlagano, je podprl le enkrat v času poskusov Rumford bil sposoben dokazati obstoj gibanja delcev v materialu.

Za pridobitev toplote je fizik Davy poskušal taliti led, medsebojno drgne dve koščki ledu. Postavil je hipotezo, v skladu s katero se je toplota štela kot oscilatorno gibanje delcev snovi.

Zakon o ohranjanju in preoblikovanje energetskega Mayer prevzela nespremenljivosti sil, ki povzročajo nastanek toplote. Ta ideja je bila predmet kritik s strani drugih znanstvenikov, ki je spomnil, da je sila, povezane s hitrostjo in maso, zato je njegova vrednost ne more ostati enaka vrednost.

V poznem devetnajstem stoletju je Mayer povzel svoje ideje v brošuri in poskušal rešiti aktualni problem toplote. Kako se je v tem času uporabljal zakon o ohranjanju in preoblikovanju energije? V mehaniki ni bilo soglasja o tem, kako pridobiti, pretvoriti energijo, zato je bilo to vprašanje do konca devetnajstega stoletja ostalo odprto.

Značaj zakona

Zakon ohranjanja in preoblikovanja energije je eden temeljnih, ki pod določenimi pogoji omogoča merjenje fizičnih veličin. Imenuje se prvi zakon termodinamike, katerega glavni namen je ohranjanje te količine v pogojih izoliranega sistema.

Zakon ohranjanja in preoblikovanja energije določa odvisnost količine toplote na različnih dejavnikih. Med eksperimentalnimi študijami, ki jih je izvedel Mayer, Helmholtz, Joule, so bile identificirane različne vrste energije: potencialni, kinetični. Vse te vrste so imenovale mehansko, kemično, električno, termično.

Zakon o ohranjanju in preoblikovanju energije je imel naslednjo formulacijo: "Sprememba kinetične energije je enaka spremembi potencialne energije."

Mayer je prišel do zaključka, da se lahko vse sorte tega obsega spremenijo v drugo, če skupna količina toplote ostane nespremenjena.

Matematični izraz

Na primer, kot kvantitativni izraz zakona, kemična industrija energetsko ravnotežje.

Zakon ohranjanja in preoblikovanja energije ustvarja razmerje med količino toplotne energije, ki vstopi v območje interakcije različnih snovi, z zneskom, ki ga zapusti v določeni coni.

Prehod ene vrste energije v drugega ne pomeni, da izgine. Ne, opazimo samo njegovo preoblikovanje v drugo obliko.

Hkrati je korelacija: delo - energija. Zakon o ohranjanju in preoblikovanju energije implicira nespremenljivost te količine (njene celotne količine) za vse postopke, ki se pojavljajo v izoliran sistem. To kaže, da v procesu prehoda ene vrste v drugo opazimo kvantitativno enakovrednost. Da bi dobili kvantitativni opis različnih tipov gibanja, je bila v fiziki uvedena jedrska, kemična, elektromagnetna, toplotna energija.

Sodobno besedilo

Kako je zakon ohranjanja in preobrazbe energije v naših dneh? Klasična fizika ponuja matematično notacijo tega postulata v obliki splošne enačbe stanja za termodinamični zaprti sistem:

W = Wk + Wp + U

Ta enačba kaže, da je skupna mehanska energija zaprtega sistema opredeljena kot vsota kinetičnih, potencialnih, notranjih energij.

Zakon o ohranjanju in preoblikovanju energije, katerega formula je bila predstavljena zgoraj, razloži nepremostljivost te fizikalne količine v zaprtem sistemu.

Glavna pomanjkljivost matematičnega zapisa je njegova pomembnost le za zaprti termodinamični sistem.

Nedokončani sistemi

Če upoštevamo načelo prirastka, je mogoče razširiti zakon o ohranjanju energije v nezamenljive fizične sisteme. To načelo priporoča, da zapišete matematične enačbe, povezane z opisovanjem stanja sistema, ne v absolutnem smislu, ampak v njihovem številskem povečanju.

Da bi v celoti upoštevali vse oblike energije, je bilo predlagano, da se doda v klasični enačbi idealnega sistema znesek povečanja energije, ki jih povzročajo spremembe v stanju sistema povzročil predmet analize, pod vplivom različnih oblik področju.

V splošni različici ima enačba stanja naslednjo obliko:

dW = Sigma-i Ui dqi + Sigma-j Uj dqj

To je enačba, ki velja za najbolj popolno v sodobni fiziki. In to je postalo temelj zakona o ohranjanju in preoblikovanju energije.

Pomen

V znanosti ni nobenih izjeme od tega zakona, nadzoruje vse naravne pojave. Na podlagi tega postulata se lahko postavijo hipoteze o različnih motorjih, vključno z zavračanjem realnosti razvoja večnega mehanizma. Uporablja se lahko v vseh primerih, ko je potrebno razlage prehodov ene vrste energije na drugo.

Uporaba v mehaniki

Kako je zdaj zakon o ohranjanju in preoblikovanju energije berljiv? Njeno bistvo leži v prehodu ene vrste te količine v drugo, vendar njegova splošna vrednost ostaja nespremenjena. Ti sistemi, v katerih potekajo mehanski procesi, imenujemo konzervativni. Takšni sistemi so idealizirani, to pomeni, da ne upoštevajo trenja, druge vrste uporov, ki povzročajo disperzijo mehanske energije.

V konzervativnem sistemu se pojavijo samo medsebojni prehodi potencialne energije v kinetiko.

Delo sil, ki delujejo v podobnem sistemu na telesu, ni povezano z obliko poti. Njegova velikost je odvisna od končnega in začetnega položaja telesa. Kot primer sile te vrste v fiziki se upošteva gravitacija. V konzervativni sistem vrednost delovne sile na zaprtem območju, je nič, in zakon o ohranjanju energije velja na naslednji način: ". V zaprtem sistemu, konzervativna znesek potencialne in kinetične energije teles, ki sestavljajo sistem ostaja nespremenjen"

Na primer, v primeru prostega padca telesa se potencialna energija premakne v kinetično obliko, vendar se skupna vrednost teh vrst ne spremeni.

Na koncu

Mehansko delo lahko štejemo kot edini način medsebojnega prehoda mehanskega gibanja v druge oblike materije.

Ta zakon je našel uporabo v strojništvu. Po izklopu avtomobilskega motorja pride do postopne izgube kinetične energije, nato pa se ustavi vozilo. Študije so pokazale, da se v tem primeru sprosti določena količina toplote, tako da se drgnjenje telesa segreva, kar poveča njihovo notranjo energijo. V primeru trenja ali odpornosti proti gibanju se mehanska energija spremeni v notranjo vrednost, kar kaže na pravilnost zakona.

Njegova sodobna formulacija ima obliko: "Energija izoliranega sistema nikjer ne izgine, se ne pojavlja nikjer. V vsakem pojavu v sistemu obstaja prehod ene vrste energije v drugega, prenos iz enega telesa v drugega, brez kvantitativne spremembe. "

Po odkritju tega zakona fiziki ne zapustijo ideje o ustvarjanju stalne naprave, pri kateri z zaprtim krogom ni nobene spremembe v količini toplote, ki jo sistem prenaša v okoliški svet, v primerjavi s toploto, ki jo prejmemo od zunaj. Takšen stroj bi lahko postal neizčrpen vir toplote, način za reševanje energetskega problema človeštva.