Loven om energibevarelse: beskrivelse og eksempler

Indholdsfortegnelse:

Loven om energibevarelse: beskrivelse og eksempler
Loven om energibevarelse: beskrivelse og eksempler
Anonim

Potentiel energi er snarere en abstrakt størrelse, fordi ethvert objekt, der har en vis højde over jordens overflade, allerede vil have en vis mængde potentiel energi. Det beregnes ved at gange hastigheden af frit fald med højden over Jorden og også med massen. Hvis kroppen bevæger sig, kan vi tale om tilstedeværelsen af kinetisk energi.

loven om energibesparelse
loven om energibesparelse

Formel og beskrivelse af loven

Resultatet af tilføjelsen af kinetisk og potentiel energi i et system, der er lukket for ydre påvirkninger, hvis dele interagerer på grund af elasticitets- og tyngdekraftens kræfter, ændres ikke - dette er loven om bevarelse af energi i klassisk mekanik. Formlen for denne lov ser således ud: Ek1+Ep1=Ek2+Ep2. Her er Ek1 den kinetiske energi af en bestemt fysisk krop på et bestemt tidspunkt, og Ep1 er den potentielle energi. Det samme gælder for Ek2 og Ep2, men allerede i næste tidsrum. Men denne lov er kun sand, hvis det system, den opererer i, er lukket (eller konservativt). Dette tyder på, at værdien af den samlede mekaniske energi ikke ændres, når kun konservative kræfter virker på systemet. Når ikke-konservative kræfter kommer i spil, ændres noget af energien og antager andre former. Sådanne systemer kaldes dissipative. Loven om bevarelse af energi virker, når ydre kræfter ikke virker på kroppen på nogen måde.

loven om bevarelse af mekanisk energi
loven om bevarelse af mekanisk energi

Et eksempel på lovens manifestation

Et af de typiske eksempler, der illustrerer den beskrevne lov, er et eksperiment med en stålkugle, der falder på en plade af samme stof eller glas, og preller af den omtrent til samme højde, som den var før faldet. Denne effekt opnås på grund af det faktum, at når objektet bevæger sig, omdannes energien flere gange. Til at begynde med begynder værdien af den potentielle energi at vende mod nul, mens den kinetiske energi stiger, men efter kollisionen bliver den til den potentielle energi af boldens elastiske deformation.

loven om bevarelse af total mekanisk energi
loven om bevarelse af total mekanisk energi

Dette fortsætter, indtil objektet stopper helt, hvorefter det begynder sin opadgående bevægelse på grund af kræfterne fra elastisk deformation af både pladen og den faldne genstand. Men samtidig spiller tyngdekraftens potentielle energi ind. Da bolden i dette tilfælde forstås at have omtrent samme højde, som den faldt fra, er den kinetiske energi i den den samme. Derudover forbliver summen af alle energier, der virker på et objekt i bevægelse, den samme under hele den beskrevne proces, hvilket bekræfter loven om bevarelse af total mekanisk energi.

Elastisk deformation - hvad er det?

For fuldt ud at forstå ovenstående eksempel, er det værd at forstå mere detaljeret, hvad den potentielle energi af et elastisk legeme er - dette koncept betyder besiddelse af elasticitet, som tillader, når alle dele af systemet er deformeret, for at vende tilbage til en hviletilstand, udføre noget arbejde på de kroppe, som den fysiske genstand er i kontakt med. De elastiske kræfters arbejde påvirkes ikke af formen på bevægelsesbanen, da det arbejde, der udføres på grund af dem, kun afhænger af kroppens position i begyndelsen og slutningen af bevægelsen.

Når eksterne kræfter er på arbejde

lov om bevarelse af energi i klassisk mekanik
lov om bevarelse af energi i klassisk mekanik

Men fredningsloven gælder ikke for virkelige processer, hvor friktionskraften er involveret. Et eksempel er en genstand, der falder til jorden. Under en kollision øges kinetisk energi og modstandskraft. Denne proces passer ikke ind i mekanikkens rammer, da kroppens temperatur stiger på grund af den stigende modstand. Af ovenstående følger det, at loven om energibevarelse i mekanik har alvorlige begrænsninger.

Termodynamik

lov om energibevarelse i termodynamik
lov om energibevarelse i termodynamik

Termodynamikkens første lov siger: forskellen mellem mængden af varme, der akkumuleres på grund af arbejdet udført på eksterne genstande, er lig med ændringen i den indre energi i dette ikke-konservative termodynamiske system.

Men dette udsagn er oftest formuleret i en anden form: Mængden af varme, der modtages af et termodynamisk system, bruges på arbejde udført på genstande uden for systemet, samt på at ændre mængden af energi inde i systemet. Ifølge denne lov kan den ikke forsvinde ved at skifte fra en form til en anden. Heraf følger konklusionen, at skabelsen af en maskine, der ikke forbruger energi (den såkaldte evighedsmaskine), er umulig, da systemet vil have brug for energi udefra. Men mange forsøgte stadig vedholdende at skabe den uden at tage hensyn til loven om energibevarelse.

Et eksempel på manifestationen af bevaringsloven i termodynamik

Eksperimenter viser, at termodynamiske processer ikke kan vendes. Et eksempel på dette er kontakten mellem kroppe med forskellige temperaturer, hvor den varmere vil afgive varme, og den anden vil modtage den. Den omvendte proces er principielt umulig. Et andet eksempel er overgangen af gas fra en del af beholderen til en anden efter åbning af en skillevæg mellem dem, forudsat at den anden del er tom. Stoffet i dette tilfælde vil aldrig begynde at bevæge sig i den modsatte retning spontant. Det følger af det foregående, at ethvert termodynamisk system har tendens til en hviletilstand, hvor dets individuelle dele er i ligevægt og har samme temperatur og tryk.

Hydrodynamics

Anvendelsen af bevaringsloven i hydrodynamiske processer er udtrykt i princippet beskrevet af Bernoulli. Det lyder sådan her: summen af trykket af både kinæstetisk og potentiel energi pr. volumenenhed er den samme på ethvert enkelt punkt i strømmen af en væske eller gas. Det betyder, at for at måle flowhastigheden er det tilstrækkeligt at måle trykket på to punkter. Dette gøres norm alt med et manometer. Men Bernoullis lov er kun gyldig, hvis den pågældende væske har en viskositet, der er nul. For at beskrive strømmen af reelle væsker bruges Bernoulli-integralet, som involverer tilføjelse af termer, der tager højde for modstand.

Elektrodynamik

Under elektrificeringen af to legemer forbliver antallet af elektroner i dem uændret, på grund af hvilket den positive ladning af det ene legeme er lig i absolut værdi med den negative ladning af den anden. Således siger loven om bevarelse af elektrisk ladning, at i et elektrisk isoleret system ændres summen af ladningerne af dets kroppe ikke. Dette udsagn er også sandt, når ladede partikler undergår transformationer. Når 2 neutr alt ladede partikler kolliderer, forbliver summen af deres ladninger stadig lig med nul, da der sammen med en negativt ladet partikel også optræder en positivt ladet.

Konklusion

lov om bevarelse af energi i elektrodynamik
lov om bevarelse af energi i elektrodynamik

Loven om bevarelse af mekanisk energi, momentum og momentum - grundlæggende fysiske love forbundet med tidens homogenitet og dens isotropi. De er ikke begrænset af mekanikkens rammer og kan anvendes både på processer, der forekommer i det ydre rum, og på kvantefænomener. Bevaringslove gør det muligt at indhente data om forskellige mekaniske processer uden at studere dem ved hjælp af bevægelsesligningerne. Hvis en proces i teorien ignorerer disse principper, er det meningsløst at udføre eksperimenter i dette tilfælde, da de vil være ineffektive.

Anbefalede: