L; енергия и нейното запазване
Енергията и нейното запазване
Всяка област на физическите науки въвежда концепция наенергия. Въпреки че тази концепция е отскоро (около два века), тя до голяма степен е надхвърлила сферата на компетентност на Физическите науки и не е пресилено да се каже, че тя обуславя „подреждането на живота ни на планетата Земя“: колкото по-малко е „прекъсването "в енергийните доставки е източник на конфликт и бърза намеса.
1. Концепция за енергоспестяване
Думата енергия идва от гръцкото energhia, което означава "сила в действие", тоест способността да се произвежда движение.
Така че тяло, което има енергия кинетичен (наричана преди "жива сила") може да продължи само по себе си движението си поне за определено разстояние дори в устойчива среда (противопоставяне на движението).
Енергия потенциал (наричан преди "мъртва сила") има способността да произвежда движение, тъй като, спонтанно, например, пада тежко необвързано тяло, заредена частица q неограничен за електрически потенциал V () задейства към области с по-малко електрическа енергия.
В механиката виждаме:
- че силите и кинетичната енергия се появяват заедно в теоремата за кинетичната енергия,
- че потенциалната енергия е свързана с понятието консервативни сили, т.е. сили, които запазват механичната енергия.
Много бързо концепцията за механична енергия се оказа недостатъчна.
Операторът упражнява действие (сила) върху система, която придобива механична енергия. В редица случаи се оказва, че работата на оператора е равна на механичната енергия, придобита от системата.
Това е задоволително за човешкия ум, привързан към идеята за опазване: енергията, придобита от системата, е загубена от оператора, който е успял да я предаде (обмени) чрез работа.
Как да тълкуваме, ако работата на оператора не е равна на механичната енергия, придобита от системата? Това се случва, когато има "триене, съпротивление" и придобитата механична енергия винаги е по-малка от работата на оператора.Намалява ли енергията на Вселената? Има ли възможност за спонтанно създаване на енергия, която частично, напълно да компенсира загубата на енергия или дори да я надвиши, което би накарало енергията на Вселената да се увеличи ?
Отговорът на тези въпроси е Принцип на енергоспестяване.
2. Първи принцип на термодинамиката
2.1. Промяна на състоянието на системата
чрез обмен на енергия под формата на работа на външни операторски сили
| Газ е затворен в контейнер (цилиндър), от който един (бутало) от плътните стени е подвижен. Външен оператор чрез упражняване на сила върху буталото причинява изместването на последното и, например, намаляване на обема, зает от газа. Ще има повишаване на налягането на газа и като цяло промяна в температурата на газа. |
Състоянието на газовата система се промени.
Операторът е свършил работа, която според наученото от Механика е обмен на енергия между газовата система и външния оператор. Този енергиен обмен води до модификация на променливите на състоянието.
чрез пренос на топлина (ние също казваме топлообмен или обмен на топлинна енергия)
Когато поставим "контакт" тела с различни температури, произвеждаме промяна в състоянието на тези тела (промяна в температурите и/или фазите).
Водата в тенджера в контакт с пламъка на горящ газ вижда повишаването на температурата и след това започва да кипи, тоест превръща се в пара (газ).
Не можем да отдадем тези промени в състоянието на системата на обмен на енергия под формата на труд.
В този случай говорим за термични (или топлинни) трансфери.
Не бива обаче да вярваме, че тези два начина на въздействие върху дадена система могат да бъдат напълно равностойни: чрез топлопренасяне никога не можем да повлияем пряко на движението на системата.
2.2. Принцип на еквивалентност
Ние сме напълно способни да повишим температурата на водата в саксия, като задействаме твърди лопатки (бъркалка). Ние произвеждаме ефекти, сравними с тези, произведени от преноса на топлина, но този път чрез обмен на енергия под формата на работа.
Друг начин за пренос на топлина (топлина) ли е?обмен на енергия между различни системи ?
Въпросът се обсъжда дълго време през 19 век. Отговорът е част от Принцип на еквивалентност а именно това работата на силите и топлината са единствените два възможни начина за обмен на енергия между системите затворен.
Работата на J. Joule през миналия век беше решаваща.
В калориметър (контейнер, съдържащ вода, чиито стени могат да бъдат перфектно изолирани от термична гледна точка), Джоул първоначално повиши температурата чрез обмен на енергия под формата на работа (W се подава към калориметъра и се отчита положително), след което ще върне калориметъра в първоначалното му състояние, като го охлажда чрез топлообмен с външната страна (топлината Въпрос: е изгубен от калориметъра и е отчетен отрицателно).
Измерванията на Джоул в този експериментален случай показаха това
Този резултат предполага, че работата и топлината се отчитат в една и съща единица.
Всъщност, преди Джоул, количествата топлина се броят в калории, като калорията е количеството топлина, необходимо за повишаване на 1ж вода от 14,5 до 15,5 ° С при нормално атмосферно налягане.