Energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni fizikaning eng muhim postulatlaridan biridir. Uning paydo bo'lish tarixini, shuningdek, qo'llanilishining asosiy sohalarini ko'rib chiqing.
Tarix sahifalari
Avval energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonunini kim kashf etganini bilib olaylik. 1841-yilda ingliz fizigi Joul va rus olimi Lenz parallel ravishda tajribalar oʻtkazdilar, natijada olimlar mexanik ish va issiqlik oʻrtasidagi bogʻliqlikni amalda aniqlashga muvaffaq boʻldilar.
Sayyoramizning turli burchaklarida fiziklar tomonidan olib borilgan ko'plab tadqiqotlar energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonunining kashf qilinishini oldindan belgilab berdi. O'n to'qqizinchi asrning o'rtalarida nemis olimi Mayer o'zining formulasini berdi. Olim o'sha davrda mavjud bo'lgan elektr, mexanik harakat, magnitlanish, inson fiziologiyasi haqidagi barcha ma'lumotlarni umumlashtirishga harakat qildi.
Taxminan shu davrda Daniya, Angliya, Germaniya olimlari ham xuddi shunday fikrlarni bildirishgan.
Tajribalarissiqlik
Issiqlik haqidagi turli g'oyalarga qaramay, uning to'liq tasviri faqat rus olimi Mixail Vasilyevich Lomonosovga berilgan. Zamondoshlari uning g'oyalarini qo'llab-quvvatlamadilar, ular issiqlik materiyani tashkil etuvchi eng kichik zarrachalarning harakati bilan bog'liq emas deb hisoblashgan.
Lomonosov tomonidan taklif qilingan mexanik energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni Rumfurd tajribalar jarayonida materiya ichida zarrachalar harakati borligini isbotlashga muvaffaq boʻlgandan keyingina qoʻllab-quvvatlandi.
Issiqlik olish uchun fizik Deyvi ikki muz bo'lagini bir-biriga ishqalab, muzni eritishga harakat qildi. U gipotezani ilgari surdi, unga ko'ra issiqlik materiya zarralarining tebranish harakati sifatida qabul qilinadi.
Mayerning energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni issiqlik paydo boʻlishiga olib keladigan kuchlarning oʻzgarmasligini nazarda tutgan. Bu fikr boshqa olimlar tomonidan tanqid qilindi va ular kuchning tezlik va massaga bog'liqligini eslatishdi, shuning uchun uning qiymati o'zgarishsiz qolishi mumkin emas.
XIX asrning oxirida Mayer o'z fikrlarini risolada jamladi va issiqlikning dolzarb muammosini hal qilishga harakat qildi. O'sha davrda energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonunidan qanday foydalanilgan? Mexanikada energiyani qanday olish, aylantirish bo'yicha konsensus yo'q edi, shuning uchun bu savol XIX asr oxirigacha ochiq qoldi.
Qonun xususiyati
Energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni asosiy qonunlardan biri boʻlib,jismoniy miqdorlarni o'lchash uchun ma'lum shartlar. U termodinamikaning birinchi qonuni deb ataladi, uning asosiy ob'ekti izolyatsiyalangan tizimda ushbu qiymatni saqlashdir.
Energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni issiqlik miqdorining turli omillarga bogʻliqligini belgilaydi. Mayer, Helmgolts, Joule tomonidan o'tkazilgan eksperimental tadqiqotlar davomida energiyaning har xil turlari ajratildi: potentsial, kinetik. Bu turlarning kombinatsiyasi mexanik, kimyoviy, elektr, termal deb nomlandi.
Energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni quyidagi formulaga ega edi: “Kinetik energiyaning oʻzgarishi potensial energiyaning oʻzgarishiga teng.”
Mayer bu miqdorning barcha navlari, agar issiqlikning umumiy miqdori o'zgarishsiz qolsa, bir-biriga aylana oladi degan xulosaga keldi.
Matematik ifoda
Masalan, qonunning miqdoriy ifodasi sifatida kimyo sanoati energiya balansidir.
Energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni turli moddalarning oʻzaro taʼsir zonasiga kiradigan issiqlik energiyasi miqdori bilan ushbu zonadan chiqib ketadigan miqdor oʻrtasidagi bogʻliqlikni oʻrnatadi.
Bir turdagi energiyadan ikkinchisiga o'tish uning yo'qolishini anglatmaydi. Yo'q, faqat uning boshqa shaklga o'zgarishi kuzatiladi.
Shu bilan birga, munosabatlar ham mavjud: ish - energiya. Energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonuni ushbu miqdorning doimiyligini (uning umumiy miqdori) qabul qiladimiqdori) izolyatsiyalangan tizimda sodir bo'ladigan har qanday jarayonlar uchun. Bu bir turdan ikkinchi turga o'tish jarayonida miqdoriy ekvivalentlik kuzatilishini ko'rsatadi. Har xil turdagi harakatlarning miqdoriy tavsifini berish uchun fizikaga yadro, kimyoviy, elektromagnit, issiqlik energiyasi kiritildi.
Zamonaviy matnlar
Energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni bugungi kunda qanday oʻqiladi? Klassik fizika termodinamik yopiq tizim uchun umumiy holat tenglamasi ko'rinishida ushbu postulatning matematik belgilarini taklif qiladi:
W=Wk + Wp + U
Bu tenglama yopiq tizimning umumiy mexanik energiyasi kinetik, potentsial, ichki energiyalar yigʻindisi sifatida aniqlanganligini koʻrsatadi.
Energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni, formulasi yuqorida keltirilgan, yopiq tizimdagi bu fizik miqdorning oʻzgarmasligini tushuntiradi.
Matematik belgilarning asosiy kamchiligi uning faqat yopiq termodinamik tizimga tegishliligidir.
Ochiq tizimlar
Agar o’sish prinsipini hisobga oladigan bo’lsak, energiyaning saqlanish qonunini yopiq bo’lmagan fizik tizimlarga ham kengaytirish mumkin. Bu tamoyil tizim holatini tavsiflash bilan bog‘liq bo‘lgan matematik tenglamalarni mutlaq ko‘rsatkichlarda emas, balki ularning sonli o‘sishida yozishni tavsiya qiladi.
Energiyaning barcha shakllarini toʻliq hisobga olish uchun ideal tizimning klassik tenglamasini qoʻshish taklif qilindi.maydonning turli shakllari ta'sirida tahlil qilinayotgan tizim holatining o'zgarishi natijasida yuzaga keladigan energiya o'sishlarining yig'indisi.
Umumlashtirilgan versiyada holat tenglamasi quyidagicha:
dW=ģi Ui dqi + Sj Uj dqj
Bu tenglama zamonaviy fizikada eng toʻliq hisoblangan. Aynan shu narsa energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonunining asosiga aylandi.
Manosi
Fanda bu qonundan istisnolar yo'q, u barcha tabiat hodisalarini boshqaradi. Aynan shu postulat asosida turli xil dvigatellar to'g'risida farazlar ilgari surilishi mumkin, shu jumladan doimiy mexanizmning rivojlanishi haqiqatini rad etish. U energiyaning bir turining boshqasiga oʻtishini tushuntirish zarur boʻlgan barcha holatlarda qoʻllanilishi mumkin.
Mexanik ilovalar
Hozirgi vaqtda energiyaning saqlanish va oʻzgarishi qonuni qanday oʻqiladi? Uning mohiyati bu miqdorning bir turini boshqasiga o'tishda yotadi, lekin ayni paytda uning umumiy qiymati o'zgarishsiz qoladi. Mexanik jarayonlar amalga oshiriladigan tizimlar konservativ deb ataladi. Bunday tizimlar ideallashtirilgan, ya'ni ular ishqalanish kuchlarini, mexanik energiyaning tarqalishiga olib keladigan qarshilikning boshqa turlarini hisobga olmaydi.
Konservativ tizimda faqat potensial energiyaning kinetik energiyaga oʻzaro oʻtishlari sodir boʻladi.
Bunday sistemada jismga ta'sir etuvchi kuchlarning ishi yo'lning shakliga bog'liq emas. Uning qiymatitananing yakuniy va dastlabki holatiga bog'liq. Fizikada bunday turdagi kuchlarga misol sifatida tortishish kuchini ko'rib chiqing. Konservativ tizimda kuchning yopiq kesimdagi ishining qiymati nolga teng bo'lib, energiyaning saqlanish qonuni quyidagi ko'rinishda o'rinli bo'ladi: «Konservativ yopiq tizimda potentsial va kinetik energiya yig'indisi. tizimni tashkil etuvchi jismlar o'zgarishsiz qoladi."
Masalan, jismning erkin yiqilishida potentsial energiya kinetik shaklga oʻzgaradi, bu turlarning umumiy qiymati esa oʻzgarmaydi.
Xulosa
Mexanik ish mexanik harakatni materiyaning boshqa shakllariga oʻzaro oʻtishning yagona yoʻli sifatida qaralishi mumkin.
Ushbu qonun texnologiyada qoʻllanilgan. Avtomobil dvigatelini o'chirib qo'ygandan so'ng, kinetik energiya asta-sekin yo'qoladi, keyin esa avtomobil to'xtaydi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bu holda ma'lum miqdorda issiqlik ajralib chiqadi, shuning uchun ishqalanadigan jismlar qizib ketadi va ularning ichki energiyasini oshiradi. Ishqalanish yoki harakatga har qanday qarshilik holatida mexanik energiyaning ichki qiymatga o'tishi kuzatiladi, bu qonunning to'g'riligini ko'rsatadi.
Uning zamonaviy formulasi shunday koʻrinadi: “Izolyatsiya qilingan tizimning energiyasi hech qayerga yoʻqolib ketmaydi, yoʻq joydan paydo boʻlmaydi. Tizimda mavjud bo'lgan har qanday hodisalarda energiyaning bir turining boshqasiga o'tishi, bir jismdan ikkinchisiga o'tishi sodir bo'ladi.miqdoriy o'zgarish."
Ushbu qonunni kashf etgandan so'ng, fiziklar yopiq tsiklda tizim tomonidan o'tkaziladigan issiqlik miqdori o'zgarmaydigan doimiy harakat mashinasini yaratish g'oyasini tark etishmadi. atrofdagi dunyo, tashqaridan olingan issiqlik bilan solishtirganda. Bunday mashina bitmas-tuganmas issiqlik manbai, insoniyatning energiya muammosini hal qilish yo'li bo'lishi mumkin.
