Korunum yasası ve enerjinin dönüşümü, fiziğin en önemli varsayımlarından biridir. Ana uygulama alanlarının yanı sıra görünüşünün tarihini de göz önünde bulundurun.
Tarih Sayfaları
Önce, enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasını kimin keşfettiğini bulalım. 1841'de İngiliz fizikçi Joule ve Rus bilim adamı Lenz paralel deneyler yaptılar, bunun sonucunda bilim adamları pratikte mekanik iş ve ısı arasındaki bağlantıyı bulmayı başardılar.
Gezegenimizin farklı yerlerinde fizikçiler tarafından yürütülen çok sayıda çalışma, enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasının keşfini önceden belirledi. On dokuzuncu yüzyılın ortalarında, Alman bilim adamı Mayer formülasyonunu verdi. Bilim insanı o dönemde var olan elektrik, mekanik hareket, manyetizma, insan fizyolojisi ile ilgili tüm bilgileri özetlemeye çalıştı.
Aynı dönemde Danimarka, İngiltere, Almanya'daki bilim adamları tarafından benzer düşünceler dile getirildi.
Deneylersıcaklık
Isı ile ilgili çeşitli fikirlere rağmen, bunun tam bir resmi yalnızca Rus bilim adamı Mikhail Vasilyevich Lomonosov'a verildi. Çağdaşlar onun fikirlerini desteklemediler, ısının maddeyi oluşturan en küçük parçacıkların hareketiyle ilişkili olmadığına inanıyorlardı.
Lomonosov tarafından önerilen mekanik enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, ancak Rumfoord deneyler sırasında maddenin içindeki parçacıkların hareketinin varlığını kanıtlamayı başardıktan sonra desteklendi.
Isı elde etmek için fizikçi Davy, iki parça buzu birbirine sürterek buzu eritmeye çalıştı. Isının madde parçacıklarının salınım hareketi olarak kabul edildiğine dair bir hipotez öne sürdü.
Mayer'in enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, ısının ortaya çıkmasına neden olan kuvvetlerin değişmezliğini varsayıyordu. Bu fikir, kuvvetin hız ve kütle ile ilgili olduğunu hatırlatan diğer bilim adamları tarafından eleştirildi, bu nedenle değerinin değişmeden kalamayacağını hatırlattı.
On dokuzuncu yüzyılın sonunda, Mayer fikirlerini bir broşürde özetledi ve gerçek ısı sorununu çözmeye çalıştı. O zamanlar enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası nasıl kullanılıyordu? Mekanikte enerjinin nasıl elde edileceği, dönüştürüleceği konusunda bir fikir birliği yoktu, bu yüzden bu soru on dokuzuncu yüzyılın sonuna kadar açık kaldı.
Yasanın özelliği
Korunum yasası ve enerjinin dönüşümü temel yasalardan biridir,fiziksel büyüklükleri ölçmek için belirli koşullar. Ana amacı bu değerin izole bir sistemde korunması olan termodinamiğin birinci yasası olarak adlandırılır.
Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, ısı miktarının çeşitli faktörlere bağımlılığını belirler. Mayer, Helmholtz, Joule tarafından yürütülen deneysel çalışmalar sırasında, çeşitli enerji türleri ayırt edildi: potansiyel, kinetik. Bu türlerin kombinasyonuna mekanik, kimyasal, elektrik, termal deniyordu.
Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası şu formüle sahiptir: "Kinetik enerjideki değişim, potansiyel enerjideki değişime eşittir."
Mayer, toplam ısı miktarı değişmeden kalırsa, bu miktarın tüm çeşitlerinin birbirine dönüşebileceği sonucuna vardı.
Matematiksel ifade
Örneğin, kanunun nicel bir ifadesi olarak kimya endüstrisi enerji dengesidir.
Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, çeşitli maddelerin etkileşim bölgesine giren termal enerji miktarı ile bu bölgeden ayrılan miktar arasında bir ilişki kurar.
Bir enerji türünden diğerine geçiş, yok olduğu anlamına gelmez. Hayır, sadece başka bir forma dönüşmesi gözlemleniyor.
Aynı zamanda bir ilişki vardır: iş - enerji. Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, bu miktarın sabitliğini varsayar (toplammiktar) izole edilmiş bir sistemde meydana gelen herhangi bir işlem için. Bu, bir türden diğerine geçiş sürecinde nicel eşdeğerliğin gözlemlendiğini gösterir. Farklı hareket türlerinin nicel bir tanımını vermek için fizikte nükleer, kimyasal, elektromanyetik, termal enerji tanıtıldı.
Modern ifadeler
Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası bugün nasıl okunuyor? Klasik fizik, termodinamik kapalı bir sistem için genelleştirilmiş bir durum denklemi biçiminde bu varsayımın matematiksel bir gösterimini sunar:
W=Wk + Wp + U
Bu denklem, kapalı bir sistemin toplam mekanik enerjisinin kinetik, potansiyel, iç enerjilerin toplamı olarak tanımlandığını gösterir.
Yukarıda formülü verilen enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, bu fiziksel miktarın kapalı bir sistemde değişmezliğini açıklar.
Matematiksel gösterimin ana dezavantajı, onun yalnızca kapalı bir termodinamik sistemle ilgisidir.
Açık sistemler
Artış ilkesini hesaba katarsak, enerjinin korunumu yasasını kapalı olmayan fiziksel sistemlere kadar genişletmek oldukça mümkündür. Bu ilke, sistemin durumunun tanımıyla ilgili matematiksel denklemlerin mutlak terimlerle değil, sayısal artışlarıyla yazılmasını önerir.
Tüm enerji biçimlerini tam olarak hesaba katmak için, ideal bir sistemin klasik denklemine eklenmesi önerildi. Alanın çeşitli biçimlerinin etkisi altında analiz edilen sistemin durumundaki değişikliklerin neden olduğu enerji artışlarının toplamı.
Genelleştirilmiş versiyonda durum denklemi aşağıdaki gibidir:
dW=Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Bu denklem modern fizikte en eksiksiz olarak kabul edilir. Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasının temeli olan oydu.
Anlam
Bilimde bu yasanın istisnası yoktur, tüm doğa olaylarını yönetir. Bu varsayıma dayanarak, sürekli bir mekanizmanın gelişiminin gerçekliğinin çürütülmesi de dahil olmak üzere çeşitli motorlar hakkında hipotezler ileri sürülebilir. Bir enerji türünün diğerine geçişlerini açıklamanın gerekli olduğu her durumda kullanılabilir.
Mekanik uygulamalar
Şu anda enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası nasıl okunur? Özü, bu miktarın bir türünden diğerine geçişte yatar, ancak aynı zamanda genel değeri değişmeden kalır. Mekanik işlemlerin gerçekleştirildiği sistemlere muhafazakar denir. Bu tür sistemler idealleştirilir, yani sürtünme kuvvetlerini, mekanik enerjinin dağılmasına neden olan diğer direnç türlerini hesaba katmazlar.
Tutarlı bir sistemde, yalnızca potansiyel enerjinin kinetik enerjiye karşılıklı geçişleri meydana gelir.
Böyle bir sistemde bir cisme etki eden kuvvetlerin işi, yolun şekli ile ilgili değildir. Değerivücudun son ve ilk konumuna bağlıdır. Fizikte bu tür kuvvetlere örnek olarak yerçekimi kuvvetini düşünün. Muhafazakar bir sistemde, kapalı bir bölümdeki bir kuvvetin yaptığı işin değeri sıfırdır ve enerjinin korunumu yasası şu şekilde geçerli olacaktır: “Korunumlu bir kapalı sistemde, potansiyel ve kinetik enerjinin toplamı sistemi oluşturan cisimlerin sayısı değişmeden kalır.”
Örneğin, bir cismin serbest düşmesi durumunda potansiyel enerji kinetik forma dönüşürken bu türlerin toplam değeri değişmez.
Sonuç olarak
Mekanik çalışma, mekanik hareketin diğer madde biçimlerine karşılıklı geçişinin tek yolu olarak düşünülebilir.
Bu yasa teknolojide uygulama buldu. Arabanın motorunu kapattıktan sonra, kademeli bir kinetik enerji kaybı olur ve ardından araç durur. Çalışmalar, bu durumda belirli bir miktarda ısı açığa çıktığını, bu nedenle ovalayan cisimlerin ısındığını ve iç enerjilerini artırdığını göstermiştir. Sürtünme veya harekete karşı herhangi bir direnç durumunda, mekanik enerjinin yasanın doğruluğunu gösteren bir iç değere geçişi gözlenir.
Modern formülasyonu şuna benzer: “Yalıtılmış bir sistemin enerjisi hiçbir yerde kaybolmaz, hiçbir yerden ortaya çıkmaz. Sistem içinde var olan herhangi bir fenomende, bir enerji türünün diğerine geçişi, bir vücuttan diğerine geçişi vardır.nicel değişim.”
Bu yasanın keşfinden sonra fizikçiler, kapalı bir çevrimde sistem tarafından çevreye aktarılan ısı miktarında herhangi bir değişikliğin olmayacağı sürekli hareket eden bir makine yaratma fikrinden vazgeçmiyorlar. çevredeki dünya, dışarıdan alınan ısı ile karşılaştırıldığında. Böyle bir makine, tükenmez bir ısı kaynağı, insanlığın enerji sorununu çözmenin bir yolu olabilir.
