Энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы физиканын эң маанилүү постулаттарынын бири. Анын пайда болуу тарыхын, ошондой эле колдонуунун негизги багыттарын карап көрүңүз.
Тарых барактары
Биринчиден, энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамын ким ачкандыгын аныктайлы. 1841-жылы англиялык физиги Джоуль менен орус окумуштуусу Ленц параллелдүү эксперименттерди жүргүзүп, натыйжада окумуштуулар механикалык жумуш менен жылуулуктун байланышын практикада таба алышкан.
Биздин планетанын ар турдуу ра-йондорунда физиктер тарабынан жургузулген кеп сандаган изил-деелер энергиянын сакталуу жана айландыруу законунун ачылышын алдын-ала аныктады. Он тогузунчу кылымдын ортосунда немис окумуштуусу Майер өзүнүн формуласын берген. Окумуштуу ал кездеги электр энергиясы, механикалык кыймыл, магнетизм, адамдын физиологиясы жөнүндөгү бардык маалыматтарды жалпылап берүүгө аракет кылган.
Ошол эле мезгилде Даниянын, Англиянын, Германиянын окумуштуулары да ушундай ойлорду айтышкан.
менен эксперименттержылуулук
Жылуулукка байланыштуу ар кандай ой-пикирлерге карабастан, анын толук сүрөтү орус окумуштуусу Михаил Васильевич Ломоносовго гана берилген. Замандаштары анын идеяларын колдошкон эмес, алар жылуулук затты түзгөн эң кичинекей бөлүкчөлөрдүн кыймылы менен байланышпайт деп эсептешкен.
Ломоносов тарабынан сунушталган механикалык энергиянын сакталуу жана өзгөрүү мыйзамы Рамфурд эксперименттердин жүрүшүндө заттын ичинде бөлүкчөлөрдүн кыймылы бар экендигин далилдей алгандан кийин гана колдоого алынган.
Жылуулук алуу үчүн физик Дэви эки музду бири-бирине сүртүп, музду эритүүгө аракет кылган. Ал гипотезаны алдыга койгон, ага ылайык жылуулук заттын бөлүкчөлөрүнүн термелүү кыймылы катары каралат.
Майердин энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы жылуулуктун пайда болушун шарттаган күчтөрдүн өзгөрүлбөстүгүн кабыл алды. Бул идеяны башка илимпоздор сындап, күч ылдамдык менен массага байланыштуу экенин, ошондуктан анын мааниси өзгөрүүсүз кала албасын эскертишкен.
Он тогузунчу кылымдын аягында Майер өзүнүн идеяларын брошюрада кыскача баяндап, жылуулуктун актуалдуу маселесин чечүүгө аракет кылган. Ошол мезгилде энергиянын сакталуу жана өзгөрүү мыйзамы кандай колдонулган? Механикада энергияны кантип алуу, кантип өзгөртүү керектиги боюнча консенсус болгон эмес, ошондуктан бул суроо он тогузунчу кылымдын аягына чейин ачык бойдон калды.
Мыйзамдын өзгөчөлүгү
Энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы негизги мыйзамдардын бири болуп саналат.физикалык чоңдуктарды өлчөө үчүн белгилүү бир шарттар. Ал термодинамиканын биринчи мыйзамы деп аталат, анын негизги объектиси бул чоңдуктун изоляцияланган системада сакталышы болуп саналат.
Энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы жылуулуктун көлөмүнүн ар кандай факторлорго көз карандылыгын белгилейт. Майер, Гельмгольц, Джоуль жүргүзгөн эксперименталдык изилдөөлөрдүн жүрүшүндө энергиянын ар кандай түрлөрү бөлүндү: потенциалдык, кинетикалык. Бул түрлөрдүн айкалышы механикалык, химиялык, электрдик, жылуулук деп аталды.
Энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы төмөнкүдөй формулага ээ болгон: "Кинетикалык энергиянын өзгөрүүсү потенциалдык энергиянын өзгөрүшүнө барабар."
Майер жылуулуктун жалпы көлөмү өзгөрүүсүз калса, бул сандын бардык сорттору бири-бирине айланышы мүмкүн деген жыйынтыкка келген.
Математикалык туюнтма
Мисалы, мыйзамдын сандык көрүнүшү катары химиялык өнөр жай энергетикалык баланс болуп саналат.
Энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы ар кандай заттардын өз ара аракеттенүү зонасына кирген жылуулук энергиясынын көлөмү менен бул зонадан чыгып кетүүчү сумманын ортосундагы байланышты белгилейт.
Энергиянын бир түрүнөн экинчисине өтүү анын жок болуп кетет дегенди билдирбейт. Жок, анын башка формага өткөнү гана байкалат.
Ошол эле учурда байланыш бар: иш - энергия. Энергиянын сакталуу жана өзгөрүү мыйзамы бул чоңдуктун туруктуулугун (анын жалпысаны) изоляцияланган системада болуп жаткан процесстер үчүн. Бул бир түрдөн экинчи түргө өтүү процессинде сандык эквиваленттүүлүк байкалаарын көрсөтөт. Кыймылдын ар кандай түрлөрүнө сандык мүнөздөмө берүү үчүн физикага ядролук, химиялык, электромагниттик, жылуулук энергиясы киргизилген.
Заманбап текст
Энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы бүгүн кандай окулат? Классикалык физика термодинамикалык жабык система үчүн абалдын жалпыланган теңдемеси түрүндөгү бул постулаттын математикалык белгиленишин сунуштайт:
W=Wk + Wp + U
Бул теңдеме жабык системанын жалпы механикалык энергиясы кинетикалык, потенциалдык, ички энергиялардын суммасы катары аныкталганын көрсөтөт.
Формуласы жогоруда келтирилген энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы бул физикалык чоңдуктун жабык системадагы инварианттыгын түшүндүрөт.
Математикалык белгилердин негизги кемчилиги анын жабык термодинамикалык система үчүн гана тиешелүүлүгү.
Ачык системалар
Эгерде өсүш принцибинин эсебин алсак, энергиянын сакталуу мыйзамын жабык эмес физикалык системаларга жайылтуу толук мүмкүн. Бул принцип системанын абалын сүрөттөөгө байланыштуу математикалык теңдемелерди абсолюттук мааниде эмес, алардын сандык өсүштөрү менен жазууну сунуштайт.
Энергиянын бардык түрлөрүн толук эсепке алуу үчүн идеалдуу системанын классикалык теңдемесин кошуу сунушталганталаанын ар кандай формаларынын таасири астында талдануучу системанын абалынын өзгөрүшүнөн келип чыккан энергия өсүүлөрдүн суммасы.
Жалпыланган вариантта абалдын теңдемеси төмөнкүдөй:
dW=Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Бул теңдеме заманбап физикада эң толук деп эсептелет. Дал ошол энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамынын негизи болуп калды.
Мааниси
Илимде бул мыйзамдан эч кандай четтөөлөр жок, ал бардык жаратылыш кубулуштарын башкарат. Дал ушул постулаттын негизинде ар кандай кыймылдаткычтар жөнүндө гипотезаларды, анын ичинде түбөлүк механизмдин өнүгүшүнүн чындыгын жокко чыгарууга болот. Аны энергиянын бир түрүнүн экинчи түргө өтүүсүн түшүндүрүү зарыл болгон бардык учурларда колдонсо болот.
Механикалык колдонмолор
Энергиянын сакталуу жана айлануу мыйзамы азыркы учурда кандай окулат? Анын маңызы бул чоңдуктун бир түрүнүн экинчи түрүнө өтүүдө жатат, бирок ошол эле учурда анын жалпы мааниси өзгөрүүсүз калат. Механикалык процесстер жүрүп жаткан системалар консервативдик деп аталат. Мындай системалар идеалдаштырылган, башкача айтканда, сүрүлүү күчтөрүн, механикалык энергиянын чачырашына алып келген каршылыктын башка түрлөрүн эске алышпайт.
Консервативдик системада потенциалдык энергиянын кинетикалык энергияга өз ара өтүүлөрү гана болот.
Мындай системадагы денеге таасир этүүчү күчтөрдүн иши жолдун формасына байланыштуу эмес. Анын баалуулугудененин акыркы жана баштапкы абалына жараша болот. Физикадагы мындай күчтөрдүн мисалы катары тартылуу күчүн карап көрөлү. Консервативдик системада күчтүн жабык кесимдеги ишинин мааниси нөлгө барабар жана энергиянын сакталуу мыйзамы төмөнкү формада күчүндө болот: «Консервативдик жабык системада потенциал жана кинетикалык энергиянын суммасы. системаны түзгөн органдардын саны өзгөрүүсүз калат.”
Мисалы, дененин эркин кулашында потенциалдык энергия кинетикалык формага өзгөрөт, ал эми бул типтердин жалпы мааниси өзгөрбөйт.
Корутундуда
Механикалык жумушту механикалык кыймылдын материянын башка формаларына өз ара өтүшүнүн жалгыз жолу катары кароого болот.
Бул мыйзам технологияда колдонулушун тапты. Унаа кыймылдаткычын өчүргөндөн кийин кинетикалык энергия акырындап жоголот, андан кийин унаа токтойт. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, бул учурда белгилүү өлчөмдө жылуулук бөлүнүп чыгат, демек, ушалап жаткан денелер ысып, алардын ички энергиясы көбөйөт. сүрүлүү же кыймылга кандайдыр бир каршылык болгон учурда механикалык энергиянын ички чоңдукка өтүшү байкалат, бул мыйзамдын тууралыгын көрсөтөт.
Анын заманбап формулировкасы төмөнкүдөй көрүнөт: «Изоляцияланган системанын энергиясы эч жерде жок болуп кетпейт, жок жерден пайда болбойт. Системанын ичинде болгон ар кандай кубулуштарда энергиянын бир түрүнүн экинчисине өтүшү, бир денеден экинчи денеге өтүшү, эч кандайсандык өзгөрүү."
Бул мыйзам ачылгандан кийин физиктер түбөлүк кыймылдаткычты түзүү идеясын калтырышкан жок, мында жабык циклде система тарабынан жылуулуктун көлөмү өзгөрүлбөйт. сырттан алынган жылуулук менен салыштырганда курчап турган дүйнө. Мындай машина жылуулуктун түгөнгүс булагы, адамзаттын энергетикалык маселесин чечүүнүн жолу болуп калышы мүмкүн.
