Zakon o očuvanju i transformaciji energije. Formulacija i definicija zakona očuvanja i transformacije energije

Zakon o očuvanju i transformaciji energije jedan je od najvažnijih postulata fizike. Razmotriti povijest svog izgleda, kao i glavna područja primjene.

Stranice povijesti

Prvo, doznajmo tko je otkrio zakon očuvanja i transformacije energije. Godine 1841. engleski fizičar Joule i ruski znanstvenik Lenz paralelno su provodili pokuse, zbog čega su znanstvenici uspjeli razjasniti odnos mehaničkog rada i topline.

Brojne studije koje su proveli fizičari u različitim kutovima našeg planeta unaprijed su otkrili otkriće zakona očuvanja i transformacije energije. Sredinom devetnaestog stoljeća njemački je znanstvenik Mayer dobio svoju formulaciju. Znanstvenik je pokušao generalizirati sve informacije o struji, mehaničkom gibanju, magnetizmu, ljudskoj fiziologiji koja je postojala u to vrijeme.

Otprilike u istom razdoblju znanstvenici su iznijeli slične ideje u Danskoj, Engleskoj, Njemačkoj.

Eksperimenti s toplinom

Unatoč raznolikosti ideja o toplini, cjelovita slika toga dobila je samo ruski znanstvenici Mikhail Vasilievich Lomonosov. Suvremenici nisu podržali njegovu ideju, vjerovali su kako toplina nije povezana s kretanjem najmanjih čestica koje čine supstancu.

Zakon očuvanja i transformacije mehaničke energije, predložio Lomonosov, bio je podržan tek nakon što je Rumford uspio dokazati prisutnost gibanja čestica unutar tvari tijekom pokusa.

Za dobivanje topline, fizičar Davy pokušao je otopiti led, trljajući dva komada leda jedni protiv drugih. Izlagao je hipotezu prema kojoj se toplina smatra oscilirajućim gibanjem čestica materije.

Zakon očuvanja i preobrazbe energije prema Mayeru preuzeo je nepromjenljivost snaga koje su uzrokovale pojavu topline. Takvu ideju kritizirali su drugi znanstvenici koji su se prisjetili da se sila odnosi na brzinu i masu, stoga njegova vrijednost ne može ostati nepromijenjena.

Krajem devetnaestog stoljeća, Mayer je sa svojim idejama rezimirao svoje pamte i pokušao riješiti stvarni problem topline. Kako je u to vrijeme bio zakon o očuvanju i transformaciji energije? U mehanici, nije bilo konsenzusa o tome kako dobiti, pretvoriti energiju, tako da do kraja devetnaestog stoljeća to pitanje ostaje otvoreno.

Značaj zakona

Zakon o očuvanju i transformaciji energije jedan je od temeljnih, koji pod određenim uvjetima omogućuje mjerenje fizičkih veličina. Naziva se prvim zakonom termodinamike, čiji je glavni cilj očuvanje ove količine u uvjetima izoliranog sustava.

Zakon o očuvanju i transformaciji energije utvrđuje ovisnost količine topline na različite čimbenike. Tijekom eksperimentalnih istraživanja koje su proveli Mayer, Helmholtz, Joule, identificirane su različite vrste energije: potencijal, kinetički. Ukupnost tih vrsta naziva se mehanička, kemijska, električna, toplinska.

Zakon o očuvanju i transformaciji energije imao je sljedeću formulaciju: "Promjena kinetičke energije jednaka je promjeni potencijalne energije".

Mayer je došao do zaključka da se sve vrste ove veličine mogu pretvoriti jedna u druge u slučaju da ukupna količina topline ostaje nepromijenjena.

Matematički izraz

Na primjer, kao kvantitativni izraz zakona, kemijska industrija energetska bilanca.

Zakon o očuvanju i transformaciji energije uspostavlja vezu između količine toplinske energije koja ulazi u zonu interakcije različitih tvari, u iznosu koji napušta dotičnu zonu.

Prijelaz jedne vrste energije u drugu ne znači da nestaje. Ne, samo se promatra njegova transformacija u drugi oblik.

U isto vrijeme postoji korelacija: rad - energija. Zakon o očuvanju i transformaciji energije podrazumijeva postojanost ove količine (njezina ukupna količina) za sve procese koji se javljaju u izolirani sustav. To ukazuje da se u procesu prijelaza jedne vrste u drugu promatra kvantitativna ekvivalentnost. Kako bi se dobio kvantitativni opis različitih vrsta kretanja, fizika je uvedena nuklearna, kemijska, elektromagnetna, toplinska energija.

Moderni tekst

Kako je zakon očuvanja i transformacije energije u naše dane? Klasična fizika nudi matematičku notaciju ovog postulata u obliku generalizirane jednadžbe stanja za termodinamički zatvoreni sustav:

W = Wk + Wp + U

Ova jednadžba pokazuje da je ukupna mehanička energija zatvorenog sustava definirana kao zbroj kinetičkih, potencijalnih i unutarnjih energija.

Zakon o očuvanju i transformaciji energije, formulacija koja je gore navedena, objašnjava nepromjenjivost ove fizičke količine u zatvorenom sustavu.

Glavni nedostatak matematičke notacije je njegovo značenje samo za zatvoreni termodinamički sustav.

Nepodržani sustavi

Ako se uzme u obzir princip povećanja, sasvim je moguće proširiti zakon o očuvanju energije u ne-zatvorene fizičke sustave. Ovo načelo preporučuje da zapišete matematičke jednadžbe povezane s opisivanjem stanja sustava, a ne u apsolutnom smislu, već u njihovim numeričkim koracima.

Da bi se u potpunosti uzeli u obzir svi oblici energije, predloženo je dodati klasičnoj jednadžbi idealnog sustava zbroj inkrementa energije koje su uzrokovane promjenama u stanju analiziranog sustava pod utjecajem različitih oblika polja.

U općenitoj verziji, jednadžba države ima sljedeći oblik:

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

To je ova jednadžba koja se smatra najpotpunijom u modernoj fizici. To je postalo temeljom zakona očuvanja i transformacije energije.

vrijednost

U znanosti ne postoje iznimke od ovog zakona, ona kontrolira sve prirodne pojave. Na temelju tog postulata može se postaviti hipoteza o različitim motorima, uključujući opovrgavanje stvarnosti razvoja vječnog mehanizma. Može se koristiti u svim slučajevima kada je potrebno objasniti prijelaze jedne vrste energije u drugu.

Primjena u mehanici

Kako je zakon očuvanja i transformacije energije danas očitljiv? Njegova se bit u prijelazu jedne vrste ove količine na drugu, ali njegova opća vrijednost ostaje nepromijenjena. Ti sustavi u kojima se provode mehanički procesi zovu se konzervativni. Takvi sustavi su idealizirani, tj. Ne uzimaju u obzir sile trenja, druge vrste otpornosti koje uzrokuju disperziju mehaničke energije.

U konzervativnom sustavu pojavljuju se samo uzajamne prijelaze potencijalne energije na kinetičku.

Rad sila koji djeluju u sličnom sustavu na tijelu nije povezan s oblikom puta. Njegova veličina ovisi o konačnom i početnom položaju tijela. Kao primjer ovakvih sila u fizici, smatra se gravitacija. U konzervativnom sustavu vrijednost radne snage na zatvorenom prostoru je nula, a zakon očuvanja energije vrijedi na sljedeći način: „U zatvorenom sustavu, konzervativna iznos potencijalne i kinetičke energije tijela koje čine sustav ostaje nepromijenjena”

Na primjer, u slučaju slobodnog pada tijela, potencijalna energija se prebacuje u kinetički oblik, ali ukupna vrijednost tih vrsta ne mijenja.

U zaključku

Mehanički rad može se smatrati jednim putem međusobnog prijelaza mehaničkog gibanja u druge oblike materije.

Ovaj zakon je pronašao primjenu u inženjerstvu. Nakon isključivanja motora automobila, postupno se smanjuje kinetička energija, a kasnije zaustavljanje vozila. Istraživanja su pokazala da se u ovom slučaju oslobađa određena količina topline, tako da se trlja tijela zagrijavaju, povećavajući njihovu unutarnju energiju. U slučaju trenja ili bilo kakve otpornosti na kretanje, mehanička energija se mijenja u unutarnju vrijednost, što ukazuje na ispravnost zakona.

Njegova moderna formulacija ima oblik: "Energija izoliranog sustava ne nestaje nigdje, ne pojavljuje se niotkuda. U svakom fenomenu koji postoji unutar sustava, postoji prijelaz jedne vrste energije u drugu, prijenos od jednog tijela do drugog, bez kvantitativne promjene. "

Nakon otvaranja ovog zakona fizike ne ostavljaju ideju perpetum mobile stroj, pri čemu je najmanje zatvoreni ciklus nema promjene u količini topline prenosi izvan svjetskog sustava, u odnosu na primanja topline izvana. Takav stroj mogao bi postati neiscrpni izvor topline, način rješavanja energetskog problema čovječanstva.