Zakon o varčevanju z energijo: opis in primeri

Potencialna energija je precej abstraktna vrednost, ker bo vsak predmet, ki ima določeno višino nad površino Zemlje, že imel določeno količino potencialne energije. Izračuna se z množenjem hitrosti. prosti padec do višine nad Zemljo, pa tudi do mase. Če se telo premika, lahko govorimo o prisotnosti kinetične energije.

Formula in opis zakona

Rezultat dodajanja kinetične in potencialne energije v sistem, ki je zaprt od zunanjega vpliva, katerega deli medsebojno delujejo zaradi elastičnih sil in sile, se ne spremeni - to je zakon ohranjanja energije v klasični mehaniki. Formula tega zakona je naslednja: Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2. Tu je Ek1 kinetična energija določenega fizičnega telesa v določeni točki v času in Ep1 je potencial. Enako velja za Ek2 in Ep2, vendar že v naslednjem časovnem obdobju. Toda ta zakon velja samo, če je sistem, v katerem deluje, zaprt (ali konzervativen). To pomeni, da je vrednost polnega mehanska energija se ne spremeni, če v sistem delujejo samo konzervativne sile. Ko pridejo v poštev nekonzervativne sile, se del energije spremeni, pri tem pa prevzame druge oblike. Takšni sistemi se imenujejo disipativni. Zakon ohranjanja energije deluje, kadar zunanje sile ne vplivajo na telo.

Primer manifestacije zakona

Eden od tipičnih primerov, ki ponazarja opisani zakon, je poskus z jekleno kroglo, ki pade na ploščo iste snovi ali na steklo, ki se odbija od nje do približno enake višine, kot je bila pred padcem. Ta učinek se doseže zaradi dejstva, da se pri premikanju predmeta energija pretvori večkrat. Na začetku se vrednost potencialne energije začne nagibati k nič, medtem ko kinetika narašča, toda po trku postane potencialna energija elastične deformacije krogle.

To se nadaljuje do trenutka, ko se objekt popolnoma ustavi, v katerem se začne gibanje navzgor zaradi sil elastične deformacije plošče in padlega predmeta. Toda hkrati pride v akcijo potencialne energije a. Ker je krogla razumljena na približno enaki višini, od katere je padla, je kinetična energija v njej enaka. Poleg tega vsota vseh energij, ki delujejo na premikajoči se predmet, ostane enaka v celotnem opisanem procesu, kar potrjuje zakon ohranjanja celotne mehanske energije.

Elastična deformacija - kaj je to?

Da bi v celoti razumeli dani primer, je smiselno bolje razumeti, kakšna je potencialna energija elastičnega telesa - ta pojem pomeni imeti elastičnost, ki se lahko, ko so vsi deli določenega sistema deformirani, vrne v stanje počitka in opravi delo na telesih, s katerimi fizično deluje. predmet. Na delo sile elastičnosti ne vpliva oblika poti gibanja, saj je delo, opravljeno na račun njih, odvisno le od položaja telesa na začetku in koncu gibanja.

Ko so zunanje sile

Vendar pa zakon ohranjanja ne velja za dejanske procese, v katere je vpletena torna sila. Primer je padajoči predmet na tleh. Med trkom kinetična energija in moč upora se povečuje. Ta proces ne spada v okvir mehanike, saj se telesna temperatura povečuje zaradi naraščajočega upora. Iz navedenega sledi, da ima zakon o varčevanju z energijo v mehaniki resne omejitve.

Termodinamika

Prvi zakon termodinamike pravi: razlika med količino toplote, ki se akumulira zaradi dela na zunanjih objektih, je enaka spremembi notranje energije ta nekonservativni termodinamični sistem.

Toda ta trditev je najpogosteje oblikovana v drugačni obliki: količina toplote, ki jo dobi termodinamični sistem, se porabi za delo na objektih zunaj sistema, pa tudi za spreminjanje količine energije znotraj sistema. V skladu s tem zakonom ne more izginiti in se spremeniti iz ene oblike v drugo. Iz tega sledi, da je ustvarjanje stroja, ki ne porablja energije (tako imenovani perpetuum mobile) nemogoče, saj bo sistem potreboval energijo od zunaj. Toda mnogi še vedno vztrajno poskušali ustvariti, ne da bi upoštevali zakon ohranjanja energije.

Primer manifestacije zakona ohranjanja v termodinamiki

Poskusi kažejo, da termodinamičnih procesov ni mogoče obrniti. Primer tega je stik teles z različnimi temperaturami, pri katerih se bo segreti oddajala toplota, druga pa je sprejem. Obratni proces je načeloma nemogoč. Drug primer je prenos plina z enega dela plovila na drugega po odprtju pregrade med njimi, pod pogojem, da je drugi del prazen. Snov v tem primeru se nikoli ne bo začela spontano gibati v nasprotni smeri. Iz navedenega sledi, da vsak termodinamični sistem teži k stanju počitka, v katerem so njegovi posamezni deli v ravnotežju in imajo enako temperaturo in tlak.

Hidrodinamika

Uporaba načela ohranjanja v hidrodinamičnih procesih je načeloma izražena, kot jo opisuje Bernoulli. Sliši se takole: vsota tlaka tako kinestetične kot potencialne energije na enoto prostornine je enaka na kateri koli točki toka tekočine ali plina. To pomeni, da je za merjenje pretoka dovolj, da izmerite tlak na dveh točkah. To se praviloma opravi z merilnikom tlaka. Vendar je Bernoullijev zakon veljaven le, če ima zadevna tekočina viskoznost, ki je enaka nič. Za opis pretoka realnih tekočin je uporabljen Bernoullijev integral, kar pomeni dodajanje izrazov, ki upoštevajo upornost.

Elektrodinamika

Pri elektrifikaciji dveh teles ostaja število elektronov v njih nespremenjeno, zaradi česar je pozitivni naboj enega telesa enak velikosti negativnega naboja drugega. Tako zakon ohranjanja električnega naboja kaže, da se v električno izoliranem sistemu vsota nabojev njenih teles ne spremeni. Ta trditev velja tudi, ko se nabiti delci spremenijo. Tako, ko trčita dva nevtralno nabita delca, je vsota njihovih nabojev še vedno nič, saj se pozitivno nabite delec pojavlja skupaj z negativno nabitim delcem.

Zaključek

Zakon ohranjanja mehanske energije, momenta in trenutka - temeljni fizikalni zakoni, povezani s homogenostjo časa in njegovo izotropijo. Niso omejeni na okvir mehanike in veljajo tako za procese, ki se pojavljajo v vesolju kot za kvantne pojave. Zakoni ohranjanja omogočajo pridobivanje podatkov o različnih mehanskih procesih, ne da bi jih preučevali z uporabo enačb gibanja. Če se nekateri procesi v teoriji ignorirajo ta načela, je izvedba poskusov v tem primeru brez pomena, saj bodo neučinkoviti.