Ang batas ng konserbasyon at pagbabagong-anyo ng enerhiya ay isa sa pinakamahalagang postulate ng pisika. Isaalang-alang ang kasaysayan ng hitsura nito, pati na rin ang mga pangunahing bahagi ng aplikasyon.
Mga Pahina ng Kasaysayan
Una, alamin natin kung sino ang nakatuklas ng batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya. Noong 1841, ang English physicist na si Joule at ang Russian scientist na si Lenz ay nagsagawa ng mga eksperimento nang magkatulad, bilang isang resulta kung saan ang mga siyentipiko ay nagawang malaman sa pagsasanay ang koneksyon sa pagitan ng mekanikal na trabaho at init.
Maraming pag-aaral na isinagawa ng mga physicist sa iba't ibang bahagi ng ating planeta ang paunang natukoy sa pagtuklas ng batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya. Sa kalagitnaan ng ikalabinsiyam na siglo, ibinigay ng Aleman na siyentipikong si Mayer ang kanyang pormulasyon. Sinubukan ng scientist na ibuod ang lahat ng impormasyon tungkol sa kuryente, mekanikal na paggalaw, magnetism, pisyolohiya ng tao na umiral noong panahong iyon.
Sa parehong panahon, ang mga katulad na kaisipan ay ipinahayag ng mga siyentipiko sa Denmark, England, Germany.
Mga eksperimento sainit
Sa kabila ng iba't ibang ideya tungkol sa init, ang kumpletong larawan nito ay ibinigay lamang sa Russian scientist na si Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Hindi sinusuportahan ng mga kontemporaryo ang kanyang mga ideya, naniniwala sila na ang init ay hindi nauugnay sa paggalaw ng pinakamaliit na particle na bumubuo sa matter.
Ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng mekanikal na enerhiya, na iminungkahi ni Lomonosov, ay sinuportahan lamang matapos mapatunayan ni Rumfoord ang pagkakaroon ng paggalaw ng mga particle sa loob ng bagay sa panahon ng mga eksperimento.
Upang makakuha ng init, sinubukan ng physicist na si Davy na tunawin ang yelo sa pamamagitan ng paghagod ng dalawang piraso ng yelo sa isa't isa. Naglagay siya ng hypothesis ayon sa kung saan ang init ay itinuturing bilang isang oscillatory motion ng mga particle ng matter.
Mayer's law of conservation and transformation of energy assumed the immutability of the forces that cause the appearance of heat. Ang ideyang ito ay pinuna ng ibang mga siyentipiko, na nagpaalala na ang puwersa ay nauugnay sa bilis at masa, samakatuwid, ang halaga nito ay hindi maaaring manatiling hindi nagbabago.
Sa pagtatapos ng ikalabinsiyam na siglo, buod ni Mayer ang kanyang mga ideya sa isang polyeto at sinubukang lutasin ang aktwal na problema ng init. Paano ginamit noong panahong iyon ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya? Sa mechanics, walang pinagkasunduan kung paano makakuha, mag-transform ng enerhiya, kaya nanatiling bukas ang tanong na ito hanggang sa katapusan ng ikalabinsiyam na siglo.
Tampok ng batas
Ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya ay isa sa mga pangunahing batas, na nagpapahintulotilang kundisyon para sukatin ang mga pisikal na dami. Tinatawag itong unang batas ng thermodynamics, ang pangunahing bagay kung saan ay ang pagtitipid ng halagang ito sa isang nakahiwalay na sistema.
Ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya ay nagtatatag ng pagdepende sa dami ng init sa iba't ibang salik. Sa kurso ng mga eksperimentong pag-aaral na isinagawa ni Mayer, Helmholtz, Joule, ang iba't ibang uri ng enerhiya ay nakikilala: potensyal, kinetic. Ang kumbinasyon ng mga species na ito ay tinatawag na mechanical, chemical, electrical, thermal.
Ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya ay may sumusunod na pormulasyon: "Ang pagbabago sa kinetic energy ay katumbas ng pagbabago sa potensyal na enerhiya."
Mayer ay dumating sa konklusyon na ang lahat ng uri ng dami na ito ay may kakayahang mag-transform sa isa't isa kung ang kabuuang dami ng init ay mananatiling hindi nagbabago.
Mathematical expression
Halimbawa, bilang isang quantitative expression ng batas, ang industriya ng kemikal ay ang balanse ng enerhiya.
Ang batas ng konserbasyon at pagbabagong-anyo ng enerhiya ay nagtatatag ng kaugnayan sa pagitan ng dami ng thermal energy na pumapasok sa zone ng interaksyon ng iba't ibang substance, sa dami ng aalis sa zone na ito.
Ang paglipat mula sa isang uri ng enerhiya patungo sa isa pa ay hindi nangangahulugan na ito ay nawawala. Hindi, tanging ang kanyang pagbabago sa ibang anyo ang naoobserbahan.
Kasabay nito, may relasyon: trabaho - lakas. Ang batas ng pag-iingat at pagbabago ng enerhiya ay ipinapalagay ang katatagan ng dami na ito (kabuuan nitodami) para sa anumang mga prosesong nagaganap sa isang nakahiwalay na sistema. Ipinapahiwatig nito na sa proseso ng paglipat mula sa isang species patungo sa isa pa, sinusunod ang quantitative equivalence. Upang makapagbigay ng quantitative na paglalarawan ng iba't ibang uri ng paggalaw, ang nuclear, chemical, electromagnetic, thermal energy ay ipinakilala sa physics.
Modernong salita
Paano binabasa ngayon ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya? Nag-aalok ang classical physics ng mathematical notation ng postulate na ito sa anyo ng generalized equation of state para sa thermodynamic closed system:
W=Wk + Wp + U
Ang equation na ito ay nagpapakita na ang kabuuang mekanikal na enerhiya ng isang closed system ay tinukoy bilang ang kabuuan ng kinetic, potensyal, panloob na enerhiya.
Ang batas ng konserbasyon at pagbabagong-anyo ng enerhiya, ang formula na ipinakita sa itaas, ay nagpapaliwanag sa pagkakaiba-iba ng pisikal na dami na ito sa isang saradong sistema.
Ang pangunahing kawalan ng mathematical notation ay ang kaugnayan nito para lamang sa isang closed thermodynamic system.
Mga bukas na system
Kung isasaalang-alang natin ang prinsipyo ng mga increment, posibleng palawigin ang batas ng konserbasyon ng enerhiya sa mga hindi saradong pisikal na sistema. Inirerekomenda ng prinsipyong ito ang pagsulat ng mga mathematical equation na nauugnay sa paglalarawan ng estado ng system, hindi sa ganap na termino, ngunit sa kanilang mga numerical increment.
Upang ganap na isaalang-alang ang lahat ng anyo ng enerhiya, iminungkahi na idagdag sa klasikal na equation ng isang perpektong sistemaang kabuuan ng mga pagtaas ng enerhiya na sanhi ng mga pagbabago sa estado ng nasuri na sistema sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang anyo ng field.
Sa pangkalahatang bersyon, ang equation ng estado ay ang sumusunod:
dW=Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Ang equation na ito ay itinuturing na pinakakumpleto sa modernong pisika. Ito ang naging batayan ng batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya.
Kahulugan
Sa agham ay walang mga pagbubukod sa batas na ito, ito ang namamahala sa lahat ng natural na phenomena. Ito ay sa batayan ng postulate na ito na ang isa ay maaaring maglagay ng mga hypotheses tungkol sa iba't ibang mga makina, kabilang ang pagtanggi sa katotohanan ng pagbuo ng isang walang hanggang mekanismo. Magagamit ito sa lahat ng pagkakataon kung saan kailangang ipaliwanag ang mga paglipat ng isang uri ng enerhiya patungo sa isa pa.
Mga mekanikal na aplikasyon
Paano binabasa ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya sa kasalukuyang panahon? Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa paglipat ng isang uri ng dami na ito sa isa pa, ngunit sa parehong oras ang kabuuang halaga nito ay nananatiling hindi nagbabago. Ang mga sistema kung saan isinasagawa ang mga mekanikal na proseso ay tinatawag na konserbatibo. Ang ganitong mga sistema ay idealized, ibig sabihin, hindi nila isinasaalang-alang ang mga puwersa ng friction, iba pang mga uri ng paglaban na nagdudulot ng pagwawaldas ng mekanikal na enerhiya.
Sa isang konserbatibong sistema, ang magkaparehong paglipat lamang ng potensyal na enerhiya sa kinetic energy ang nagaganap.
Ang gawain ng mga puwersa na kumikilos sa isang katawan sa naturang sistema ay hindi nauugnay sa hugis ng landas. Ang halaga nitodepende sa pangwakas at paunang posisyon ng katawan. Bilang isang halimbawa ng mga puwersa ng ganitong uri sa pisika isaalang-alang ang puwersa ng grabidad. Sa isang konserbatibong sistema, ang halaga ng gawain ng isang puwersa sa isang saradong seksyon ay zero, at ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay magiging wasto sa sumusunod na anyo: Sa isang konserbatibong saradong sistema, ang kabuuan ng potensyal at kinetic na enerhiya sa mga katawan na bumubuo sa sistema ay nananatiling hindi nagbabago.”
Halimbawa, sa kaso ng libreng pagkahulog ng isang katawan, ang potensyal na enerhiya ay nagbabago sa isang kinetic form, habang ang kabuuang halaga ng mga ganitong uri ay hindi nagbabago.
Sa konklusyon
Maaaring ituring ang mekanikal na gawain bilang ang tanging paraan ng magkaparehong paglipat ng mekanikal na paggalaw sa iba pang anyo ng bagay.
Nakahanap ng aplikasyon ang batas na ito sa teknolohiya. Pagkatapos patayin ang makina ng kotse, may unti-unting pagkawala ng kinetic energy, na sinusundan ng paghinto ng sasakyan. Ipinakita ng mga pag-aaral na sa kasong ito, ang isang tiyak na halaga ng init ay inilabas, samakatuwid, ang mga gasgas na katawan ay uminit, na nagdaragdag ng kanilang panloob na enerhiya. Sa kaso ng friction o anumang pagtutol sa paggalaw, ang paglipat ng mekanikal na enerhiya sa isang panloob na halaga ay sinusunod, na nagpapahiwatig ng kawastuhan ng batas.
Ang modernong pormulasyon nito ay mukhang: “Ang enerhiya ng isang nakahiwalay na sistema ay hindi nawawala saanman, hindi lilitaw saanman. Sa anumang mga phenomena na umiiral sa loob ng system, mayroong isang paglipat ng isang uri ng enerhiya sa isa pa, paglipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa, nang walangdami ng pagbabago.”
Pagkatapos matuklasan ang batas na ito, hindi iniiwan ng mga physicist ang ideya ng paglikha ng isang perpetual motion machine, kung saan, sa isang closed cycle, walang pagbabago sa dami ng init na inililipat ng system sa ang nakapaligid na mundo, kung ihahambing sa init na natanggap mula sa labas. Ang ganitong makina ay maaaring maging hindi mauubos na pinagmumulan ng init, isang paraan upang malutas ang problema sa enerhiya ng sangkatauhan.
