Zákon o ochraně energie: popis a příklady
Potenciální energie je spíše abstraktní hodnotou, protože nějaký objekt, který má určitou výšku nad povrchem Země, bude mít již určité množství potenciální energie. Vypočítá se násobením rychlosti. volný pád na výšku nad Zemí, stejně jako na hmotu. Pokud se tělo pohybuje, můžete mluvit o přítomnosti kinetické energie.
Vzorec a popis zákona
Výsledkem přidání kinetické a potenciální energie v systému uzavřeného vnějším vlivem, jehož části se vzájemně ovlivňují vlivem elastických sil a síly, se nemění - to je zákon zachování energie v klasické mechaniky. Vzorec tohoto zákona je následující: Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2. Zde Ek1 je kinetická energie určitého fyzického těla v určitém časovém okamžiku a Ep1 je potenciální. Totéž platí pro Ek2 a Ep2, ale již v příštím časovém období. Tento zákon však platí pouze tehdy, pokud je systém, ve kterém působí, uzavřen (nebo konzervativní). To naznačuje, že hodnota plného mechanická energie se nemění, když na systému působí pouze konzervativní síly. Když do hry vstoupí nekonzervativní síly, změní se část energie a přijmou jiné formy. Takové systémy se nazývají disipativní. Zákon zachování energie funguje, když vnější síly neovlivňují tělo.
Příklad projevu zákona
Jedním z typických příkladů, které ilustrují popsaný zákon, je experiment s kuličkou z oceli, která spadá na desku stejné látky nebo na sklenici, odrážející se od ní asi na stejné výšce jako před pádem. Tento efekt je dosažen tím, že při pohybu objektu se energie několikrát převede. Zpočátku hodnota potenciální energie začíná mít tendenci k nule, zatímco kinetika se zvyšuje, ale po kolizi se stává potenciální energií pružné deformace míče.
To pokračuje až do chvíle, kdy je objekt zcela zastaven, ve kterém začíná pohyb směrem nahoru kvůli silám pružné deformace desky i padlého předmětu. Zároveň však přichází do činnosti potenciální energie a. Vzhledem k tomu, že míč se chápe přibližně ve stejné výšce, ze které spadl, je kinetická energie v ní stejná. Kromě toho součet všech energií působících na pohyblivý objekt zůstává stejný v průběhu celého popisovaného procesu a potvrzuje zákon o zachování celkové mechanické energie.
Elastická deformace - co to je?
Abychom plně porozuměli uvedenému příkladu, je vhodné lépe pochopit, jaká je potenciální energie elastického těla - tento koncept znamená, že má elasticitu, která se při deformaci všech částí daného systému může vrátit do stavu odpočinku, dělat nějakou práci objekt. Práce sil pružnosti není ovlivněna tvarem trajektorie pohybu, protože práce vykonávaná na jejich úkor závisí pouze na pozici těla na začátku a na konci pohybu.
Kdy jsou vnější síly
Zákon o ochraně se však nevztahuje na skutečné procesy, v nichž se jedná o třecí sílu. Příkladem je padající předmět na zemi. Během srážky kinetické energie a síla odporu se zvyšuje. Tento proces se nezapadá do rámce mechaniky, protože teplota těla stoupá kvůli rostoucímu odporu. Z výše uvedeného vyplývá, že zákon o zachování energie v mechanice má vážná omezení.
Termodynamika
První termodynamický zákon říká: rozdíl mezi množstvím tepla nahromaděného v důsledku práce na vnějších objektech se rovná změně vnitřní energie tento nekonzervativní termodynamický systém.
Toto tvrzení se však nejčastěji formuluje v jiné formě: množství tepla získaného termodynamickým systémem se vynakládá na práci prováděnou na předmětech mimo systém a také na změně množství energie uvnitř systému. Podle tohoto zákona to nemůže zmizet, odvracet se z jedné formy do druhé. Z toho vyplývá, že vytvoření stroje, které spotřebovává energii (tzv. Perpetuum mobile), je nemožné, protože systém bude potřebovat energii zvenčí. Ale mnozí se stále trvale snažili jej vytvořit, aniž by zohledňovali zákon zachování energie.
Příklad projevu práva zachování v termodynamice
Experimenty ukazují, že termodynamické procesy nemohou být obráceny. Příkladem toho je kontakt těles s různými teplotami, při nichž se více ohřívá teplo a druhá je přijímána. Reverzní proces je v zásadě nemožný. Dalším příkladem je přenos plynu z jedné části plavidla na druhou po otevření přepážky mezi nimi za předpokladu, že druhá část je prázdná. Podstata v tomto případě se nikdy nezačne pohybovat v opačném směru spontánně. Z výše uvedeného vyplývá, že jakýkoli termodynamický systém má sklon k klidovému stavu, ve kterém jeho jednotlivé části jsou v rovnováze a mají stejnou teplotu a tlak.
Hydrodynamika
Aplikace zákona o ochraně v hydrodynamických procesech je v zásadě popsána Bernoulli. To zní takto: Součet tlaku kinetické a potenciální energie na jednotku objemu je stejný v jakémkoli daném místě toku kapaliny nebo plynu. To znamená, že pro měření průtoku stačí měřit tlak ve dvou bodech. To se provádí zpravidla s manometrem. Zákon Bernoulli je však platný pouze tehdy, má-li daná kapalina nulovou viskozitu. Pro popis toku skutečných tekutin je použit Bernoulliho integrál, což znamená doplnění termínů, které berou v úvahu odpor.
Elektrodynamika
Během elektrifikace dvou těl zůstává počet elektronů v nich nezměněn, kvůli němuž je kladný náboj jednoho těla stejný jako záporný náboj druhého. Zákon o ochraně elektrického náboje tedy naznačuje, že v elektricky izolovaném systému se součet obvinění jeho těl nemění. Toto tvrzení platí i tehdy, když nabité částice procházejí transformacemi. Když se tedy 2 neúčinně nabité částice srazí, součet jejich nábojů zůstává nulový, jelikož se společně se záporně nabitou částicí objevuje pozitivně nabitá částice.
Závěr
Zákon zachování mechanické energie, hybnost a moment - základní fyzikální zákony spojené s homogenitou času a jeho izotropií. Nejsou omezeny na mechaniky a jsou použitelné jak pro procesy, které se vyskytují ve vesmíru, tak pro kvantové jevy. Zákony ochrany umožňují získat údaje o různých mechanických procesech, aniž by je studovali pomocí rovnic pohybu. Pokud nějaký proces teoreticky ignoruje tyto principy, pak provádění experimentů v tomto případě nemá smysl, protože budou neúčinné.