Що таке внутрішня енергія?
Термодинаміка як дисципліна сформувалася до середини 19-го століття. Це сталося після відкриття закону про збереження…
Потенційна енергія - це, скоріше, абстрактна величина, адже будь-який предмет, який має деяку висоту над поверхнею Землі, вже буде мати певною кількістю потенційної енергії. Вона розраховується шляхом множення швидкості вільного падіння на висоту над Землею, а також на масу. Якщо ж тіло рухається, можна говорити про наявність кінетичної енергії.
Результат складання кінетичної і потенційної енергії в закритій від зовнішнього впливу системі, частини якої взаємодіють завдяки силам пружності і тяжіння, не змінюється - так звучить закон збереження енергії в класичній механіці. Формула цього закону виглядає так: ЕК1 + Еп1 = ЕК2 + Еп2. Тут ЕК1 є кінетичну енергію певного фізичного тіла в конкретний момент часу, а Еп1 - потенційної. Те ж саме вірно і для ЕК2 і Еп2, але вже в наступний часовий проміжок. Але цей закон вірний тільки в тому випадку, якщо система, в якій він діє, є замкнутою (або консервативної). Це говорить про те, що значення повної механічної енергії не змінюється, коли на систему діють лише консервативні сили. Коли в дію вступають неконсерватівние сили, частина енергії змінюється, приймаючи інші форми. Такі системи отримали назву дисипативних. Закон збереження енергії працює, коли сили ззовні ніяк не діють на тіло.
Одним з типових прикладів, що ілюструють описаний закон, служить проведення досвіду з кулькою зі сталі, який падає на плиту з цієї ж речовини або на скляну, відскакуючи від неї приблизно на ту ж висоту, де він перебував до моменту падіння. Даний ефект досягається за рахунок того, що коли предмет рухається, енергія перетворюється кілька разів. Спочатку значення потенційної енергії починає прагнути до нуля, в той час як кінетична збільшується, але після зіткнення вона стає потенційною енергією пружної деформації кулі.
Це триває до моменту повної зупинки предмета, в який він починає свій рух нагору за рахунок сил пружної деформації як плити, так і впав предмета. Але при цьому в справу вступає потенційна енергія тяжіння. Так як кулька при цьому розуміється приблизно на ту ж висоту, з якої він і впав, кінетична енергія в ньому одна і та ж. Крім цього, сума всіх енергій, що діють на рухомий предмет, залишається однаковою під час всього описаного процесу, підтверджуючи закон збереження повної механічної енергії.
Для того щоб повністю зрозуміти наведений приклад, варто більш детально розібратися з тим, що таке потенційна енергія пружного тіла - це поняття означає володіння пружністю, що дозволяє при деформації всіх елементів цієї системи повернутися в стан спокою, здійснюючи певну роботу над тілами, з якими стикається фізичний об`єкт. На роботу сил пружності не впливає форма траєкторії руху, так як робота, що здійснюються за рахунок них, залежить лише від положення тіла на початку і в кінці руху.
Але закон збереження не поширюється на реальні процеси, в яких бере участь сила тертя. У приклад можна привести падаючий на землю предмет. Під час зіткнення кінетична енергія і сила опору зростають. Цей процес не вписується в рамки механіки, так як через зростаючого опору підвищується температура тіла. З вищесказаного випливає висновок про те, що закон збереження енергії в механіці має серйозні обмеження.
Перший закон термодинаміки говорить: різниця між кількістю теплоти, що накопичується завдяки роботі, яку здійснюють над зовнішніми об`єктами, дорівнює зміні внутрішньої енергії даної неконсервативної термодинамічної системи.
Але це твердження найчастіше формулюється в іншому вигляді: кількість теплоти, отримане термодинамічної системою, витрачається на роботу, що здійснюються над об`єктами, що знаходяться поза системою, а також на зміну кількості енергії всередині системи. Відповідно до даного закону, вона не може зникнути, перетворюючись з однієї форми в іншу. З цього випливає висновок про те, що створення машини, не споживає енергії (так званого вічного двигуна), неможливо, так як система потребуватиме енергії ззовні. Але багато хто все ж наполегливо намагалися створити її, не враховуючи закон збереження енергії.
Досліди показують, що термодинамічні процеси неможливо повернути назад. Прикладом тому може служити зіткнення тіл, що мають різну температуру, при якому більш нагріте буде віддавати тепло, а друге - приймати його. Зворотний же процес неможливий в принципі. Іншим прикладом є перехід газу з однієї частини посудини в іншу після відкриття між ними перегородки, за умови що друга частина порожня. Речовина в даному випадку ніколи не почне рух в зворотному напрямку мимовільно. З вищесказаного випливає, що будь-яка термодинамічна система прагне до стану спокою, при якому її окремі частини знаходяться в рівновазі і мають однакову температуру і тиск.
Застосування закону збереження в гідродинамічних процесах виражається в принципі, описаному Бернуллі. Він звучить так: сума тиску як кінестетіческой, так і потенційної енергії на одиницю об`єму одна і та ж в будь-який окремо взятій точці потоку рідини або газу. Це означає, що для вимірювання швидкості потоку достатньо поміряти тиск в двох точках. Робиться це, як правило, манометром. Але закон Бернуллі справедливий тільки в тому випадку, якщо розглянута рідина має в`язкість, яка дорівнює нулю. Для того щоб описати протягом реальних рідин, використовується інтеграл Бернуллі, що передбачає додавання складових, які враховують опір.
Під час електризації двох тіл кількість електронів в них залишається незмінним, через що позитивний заряд одного тіла дорівнює по модулю негативного заряду іншого. Таким чином, закон збереження електричного заряду говорить про те, що в електрично ізольованій системі сума зарядів її тіл не змінюється. Це твердження вірне і тоді, коли заряджені частинки зазнають перетворення. Таким чином, коли стикаються 2 нейтрально заряджені частинки, сума їх зарядів все одно залишається рівною нулю, так як разом з негативно зарядженою часткою з`являється і позитивно заряджена.
Закон збереження механічної енергії, імпульсу і моменту - фундаментальні фізичні закони, пов`язані з однорідністю часу і його ізотропності. Їх кількість не обмежена рамками механіки і застосовні як до процесів, що відбуваються в космічному просторі, так і до квантовим явищам. Закони збереження дозволяють отримувати дані про різних механічних процесах без їх вивчення за допомогою рівнянь руху. Якщо якийсь процес в теорії ігнорує дані принципи, то проводити досліди в такому випадку немає сенсу, так як вони будуть нерезультативними.
Термодинаміка як дисципліна сформувалася до середини 19-го століття. Це сталося після відкриття закону про збереження…
Потенційна і кінетична енергія дозволяють охарактеризувати стан будь-якого тіла. Якщо перша застосовується в системах…
Вся діяльність людини грунтується на споживанні енергії. Без енергії складно уявити собі активність організму,…
Закон всесвітнього тяжіння відкрив Ньютон в 1687 році при вивченні руху супутника Місяця навколо Землі. Англійський…
У фізиці, так як вона є точною наукою, більшість догм доводиться емпіричним шляхом. Саме таким чином було виведено…
Після того як математики створили правила в просторі понять і чисел, вчені були впевнені, що їм залишається лише…
Що ж собою являє закон Ома для повного кола? Отже, це формула, в якій наочно видно зв`язок основних параметрів…
Мета цієї статті - розкрити сутність поняття «механічна енергія». Фізика широко використовує це поняття як…
Такі фізичні процеси, як теплота і робота, можна пояснити простою передачі енергії від одного тіла до іншого. У випадку…
Закон збереження маси є основою для розрахунку фізичних процесів у всіх сферах людської діяльності. Його справедливість…
Закони термодинаміки називають також її началами. Насправді початок термодинаміки представляє собою не що інше, як…
Щоб мати можливість охарактеризувати енергетичні характеристики руху, було введено поняття механічної роботи. І саме їй…
Заряди і електрику - це терміни, обов`язкові для тих випадків, коли спостерігається взаємодія заряджених тіл. Сили…
Слід приділити час невеликого нарису, присвяченому коливального руху. Але спочатку необхідно відповісти на одне важливе…
Закони збереження імпульсу - фундаментальні закони природи. Прикладом застосування цих законів може бути явище…
У повсякденному житті для того, щоб охарактеризувати людину, що здійснює спонтанні вчинки, іноді використовують епітет…
Наука фізика відіграє значиму роль у вивченні навколишнього світу. Тому її поняття і закони починають проходити ще в…
Досить важко уявити життя сучасної людини без електрики. Воно стало одним з головних і найбільш цінних атрибутів…