Loven om energibevaring: beskrivelse og eksempler

Innholdsfortegnelse:

Loven om energibevaring: beskrivelse og eksempler
Loven om energibevaring: beskrivelse og eksempler
Anonim

Potensiell energi er snarere en abstrakt størrelse, fordi ethvert objekt som har en viss høyde over jordens overflate allerede vil ha en viss mengde potensiell energi. Det beregnes ved å multiplisere hastigheten på fritt fall med høyden over jorden og også med massen. Hvis kroppen beveger seg, kan vi snakke om tilstedeværelsen av kinetisk energi.

loven om energisparing
loven om energisparing

Formel og beskrivelse av loven

Resultatet av tilsetningen av kinetisk og potensiell energi i et system lukket fra ytre påvirkninger, hvis deler samhandler på grunn av elastisitets- og tyngdekreftene, endres ikke - dette er loven om bevaring av energi i klassisk mekanikk. Formelen til denne loven ser slik ut: Ek1+Ep1=Ek2+Ep2. Her er Ek1 den kinetiske energien til en viss fysisk kropp på et bestemt tidspunkt, og Ep1 er den potensielle energien. Det samme gjelder Ek2 og Ep2, men allerede i neste tidsperiode. Men denne loven er sann bare hvis systemet den opererer i er lukket (eller konservativ). Dette antyder at verdien av den totale mekaniske energien ikke endres når kun konservative krefter virker på systemet. Når ikke-konservative krefter spiller inn, endres noe av energien, og tar andre former. Slike systemer kalles dissipative. Loven om bevaring av energi fungerer når ytre krefter ikke virker på kroppen på noen måte.

loven om bevaring av mekanisk energi
loven om bevaring av mekanisk energi

Et eksempel på manifestasjonen av loven

Et av de typiske eksemplene som illustrerer den beskrevne loven er et eksperiment med en stålkule som faller på en plate av samme stoff eller glass, og spretter av den omtrent til samme høyde som den var før fallet. Denne effekten oppnås på grunn av det faktum at når objektet beveger seg, omdannes energien flere ganger. I utgangspunktet begynner verdien av den potensielle energien å vende mot null, mens den kinetiske energien øker, men etter kollisjonen blir den potensiell energi til den elastiske deformasjonen av ballen.

loven om bevaring av total mekanisk energi
loven om bevaring av total mekanisk energi

Dette fortsetter til objektet stopper helt, og da begynner det sin bevegelse oppover på grunn av kreftene til elastisk deformasjon av både platen og den fallende gjenstanden. Men samtidig spiller den potensielle tyngdekraften inn. Siden ballen i dette tilfellet forstås å ha omtrent samme høyde som den f alt fra, er den kinetiske energien i den den samme. I tillegg forblir summen av alle energier som virker på et objekt i bevegelse den samme under hele den beskrevne prosessen, og bekrefter loven om bevaring av total mekanisk energi.

Elastisk deformasjon - hva er det?

For å fullt ut forstå eksemplet ovenfor, er det verdt å forstå mer detaljert hva den potensielle energien til en elastisk kropp er - dette konseptet betyr besittelse av elastisitet, som tillater når alle deler av systemet er deformert, for å gå tilbake til en hviletilstand, gjøre litt arbeid på kroppene som den fysiske gjenstanden er i kontakt med. Arbeidet til de elastiske kreftene påvirkes ikke av formen på bevegelsesbanen, siden arbeidet som utføres på grunn av dem bare avhenger av kroppens posisjon i begynnelsen og slutten av bevegelsen.

Når eksterne krefter er på jobb

lov om bevaring av energi i klassisk mekanikk
lov om bevaring av energi i klassisk mekanikk

Men fredningsloven gjelder ikke for reelle prosesser der friksjonskraften er involvert. Et eksempel er en gjenstand som faller til bakken. Under en kollisjon øker kinetisk energi og dragkraft. Denne prosessen passer ikke inn i rammeverket av mekanikk, siden temperaturen på kroppen stiger på grunn av den økende motstanden. Av ovenstående følger det at loven om bevaring av energi i mekanikk har alvorlige begrensninger.

Termodynamikk

loven om bevaring av energi i termodynamikk
loven om bevaring av energi i termodynamikk

Den første loven for termodynamikk sier: forskjellen mellom mengden varme som akkumuleres på grunn av arbeidet som gjøres på eksterne objekter, er lik endringen i den indre energien til dette ikke-konservative termodynamiske systemet.

Men dette utsagnet er oftest formulert i en annen form: mengden varme som mottas av et termodynamisk system, brukes på arbeid utført på objekter utenfor systemet, samt på å endre mengden energi inne i systemet. I følge denne loven kan den ikke forsvinne ved å skifte fra en form til en annen. Av dette følger konklusjonen om at det er umulig å lage en maskin som ikke forbruker energi (den såk alte evighetsmaskinen), siden systemet vil trenge energi utenfra. Men mange prøvde fortsatt iherdig å lage den, uten å ta hensyn til loven om bevaring av energi.

Et eksempel på manifestasjonen av bevaringsloven i termodynamikk

Eksperimenter viser at termodynamiske prosesser ikke kan reverseres. Et eksempel på dette er kontakten av kropper som har forskjellige temperaturer, der den varmeste vil gi fra seg varme, og den andre vil motta den. Den omvendte prosessen er i prinsippet umulig. Et annet eksempel er overgangen av gass fra en del av fartøyet til en annen etter å ha åpnet en skillevegg mellom dem, forutsatt at den andre delen er tom. Stoffet i dette tilfellet vil aldri begynne å bevege seg i motsatt retning spontant. Det følger av det foregående at ethvert termodynamisk system har en tendens til en hviletilstand, der dets individuelle deler er i likevekt og har samme temperatur og trykk.

Hydrodynamics

Anvendelsen av fredningsloven i hydrodynamiske prosesser kommer til uttrykk i prinsippet beskrevet av Bernoulli. Det høres slik ut: summen av trykket av både kinestetisk og potensiell energi per volumenhet er den samme på et hvilket som helst enkelt punkt i strømmen av en væske eller gass. Dette betyr at for å måle strømningshastigheten er det tilstrekkelig å måle trykket på to punkter. Dette gjøres vanligvis med et manometer. Men Bernoullis lov er kun gyldig hvis den aktuelle væsken har en viskositet som er null. For å beskrive flyten av reelle væsker brukes Bernoulli-integralet, som innebærer å legge til termer som tar hensyn til motstand.

elektrodynamikk

Under elektrifiseringen av to legemer forblir antallet elektroner i dem uendret, på grunn av dette er den positive ladningen til det ene legemet lik absoluttverdien til den negative ladningen til den andre. Dermed sier loven om bevaring av elektrisk ladning at i et elektrisk isolert system endres ikke summen av ladningene til kroppens kropper. Dette utsagnet er også sant når ladede partikler gjennomgår transformasjoner. Når 2 nøytr alt ladede partikler kolliderer, forblir summen av ladningene deres fortsatt lik null, siden det sammen med en negativt ladet partikkel også vises en positivt ladet.

Konklusjon

lov om bevaring av energi i elektrodynamikk
lov om bevaring av energi i elektrodynamikk

Loven om bevaring av mekanisk energi, momentum og momentum - grunnleggende fysiske lover assosiert med tidens homogenitet og dens isotropi. De er ikke begrenset av mekanikkens rammeverk og er anvendelige både på prosesser som skjer i det ytre rom og på kvantefenomener. Bevaringslover gjør det mulig å innhente data om ulike mekaniske prosesser uten å studere dem ved å bruke bevegelsesligningene. Hvis noen prosess i teorien ignorerer disse prinsippene, er det meningsløst å utføre eksperimenter i dette tilfellet, siden de vil være ineffektive.

Anbefalt: