Открытие закона сохранения и превращения энергии
Развитие теплофизики тормозилось в частности из-за того, что понятие «энергия» не было строго определено. При этом в трудах целого ряда ученых встречаются догадки о существовании закона сохранения «движущей силы», где под движущей силой подразумевается та величина, которую мы сегодня называем энергией.
В частности, из записей в дневнике Карно, опубликованных после смерти ученого, стало ясно, что в последние годы жизни он пришёл к выводу о существовании закона сохранения энергии: «Движущая сила существует в природе в неизменном количестве; она, собственно говоря, никогда не создаётся, никогда не уничтожается; в действительности она меняет форму, т. е. вызывает то один род движения, то другой, но никогда не исчезает». Специфика терминологии Карно не должна нас смущать; в его время ещё путали разные понятия: силу, энергию, импульс. Собственно говоря, термина «энергия» ещё не существовало; мы уже упоминали выше, что величина
Поэтому на современном языке приведённая выше выдержка из дневника Карно означает не что иное, как закон сохранения энергии. Более того, в дневнике Карно содержалось следующее утверждение: «Тепло есть не что иное, как движущая сила или, вернее, движение, изменившее свой вид; это движение частиц тел; повсюду, где происходит уничтожение движущей силы, возникает одновременно теплота в количестве, точно пропорциональном количеству исчезнувшей движущей силы».
Периодом, решающим для окончательного утверждения закона сохранения и превращения энергии, оказалась середина XIX века. Начало исследованиям в этом направлении было положено немецким врачом Робертом Майером. В 1840 году Майер служил на острове Ява. Здесь он обратил внимание, что цвет венозной крови матросов в тропиках значительно светлее, чем в северных широтах. Объяснение, данное Майером этому факту, было совершенно неожиданным для того времени.
Человек, по мысли Майера, похож на тепловую машину. Тепло, выделяющееся в его теле, возникает в результате сгорания (окисления) пищевых продуктов. Сгоревшие остатки – углекислый газ – кровью переносятся обратно в лёгкие. При этом венозная кровь темнеет. В жарком климате тепла требуется мало, окисление происходит не столь интенсивно и кровь остаётся светлой. Главным в этой качественной картине было предположение, что тепло выделяется за счёт энергии химической реакции.
В июне 1841 года он изложил свою точку зрения в статье «О количественном и качественном определении сил», которую направил для публикации Поггендорфу. Тот не напечатал статью и даже не вернул её автору. Поггендорф имел основания отнестись критически к работе Майера. Не будучи профессиональным физиком, Майер был очень неточен в понятиях; сама идея о возможности превращения энергии в тепло сформулирована расплывчато. Это был ещё не сам закон сохранения энергии, а интуитивное предчувствие закона.
Более строгой оказалась вторая работа Майера – «Замечания о силах неживой природы», опубликованная в «Annalen der Chemie und Pharmazie» в 1842 году. В ней Майер уже анализирует превращения энергии в различных механических процессах. Он отмечает, что тело, поднятое над землёй, обладает «силой падения» (т.е. потенциальной энергией), которая в процессе падения в поле тяжести превращается в «живую силу» mv2 (т.е. кинетическую энергию), которая, в свою очередь, после прекращения движения переходит в тепло. «Для исчезающего движения, – пишет Майер, – во многих случаях не может быть найдено никакого другого действия, кроме тепла, а для возникшего тепла – никакой другой причины, кроме движения…». Майер, как и большинство физиков того времени, опускает коэффициент 1/2 в выражении для кинетической энергии; но он правильно объединяет потенциальную и кинетическую энергию как две формы механической энергии. Более того, он осознаёт, что тепло также является формой энергии: «Тепло есть сила: оно может быть превращено в механический эффект».
Майер установил, что количество теплоты, требуемое для нагревания единицы массы газа на один градус при постоянном давлении (CP), всегда больше количества теплоты, необходимого для нагревания той же единицы массы газа на один градус при постоянном объеме (CV). Нагревание при постоянном давлении отличается от нагревания при постоянном объеме тем, что расширение газа в первом случае сопровождается перемещением поршня, т.е. совершением работы. Если рассматривать теплоту как энергию (по терминологии того времени – «силу») и, определив, насколько
Не оставляет Майер в стороне и электрические явления. Он рассматривает электризацию трением и указывает, что здесь «механический эффект превращается в электричество». Майер считает, что если прерогативой химии является закон сохранения вещества, то прерогативой физики – закон сохранения «силы» (энергии). В заключение своего анализа Майер останавливается на «химической силе». Вопрос о химической энергии у него сочетается с вопросом об энергетике Солнечной системы. Он подчёркивает, что поток солнечной энергии, падающий на Землю, и «есть та непрестанно заводящаяся пружина, которая поддерживает в состоянии движения» все происходящие на Земле процессы, и указывает на роль растений в аккумулировании солнечной энергии.
Широкий философский подход Майера к закону сохранения энергии, обобщение им этого закона на биологические и космические явления затрудняли понимание и признание со стороны научной общественности того времени. Судьба Майера была тяжёлой. Его травили учёные коллеги, его не понимали близкие. Но идея сохранения энергии уже созрела, она, что называется, витала в воздухе.
В те же годы, когда Майер тщетно пытался убедить учёный мир в обоснованности своих идей о превращении энергии в тепло, в Англии схожие мысли развивал Джеймс Прескотт Джоуль. В октябре 1841 года он опубликовал в «Philosophical Magazine» статью о тепловом эффекте электрического тока, в которой установил, что количество теплоты, выделяемое в проводнике, пропорционально квадрату силы тока.
Практически одновременно с Джоулем аналогичные исследования были начаты петербургским физиком Э. Х. Ленцем, который опубликовал свою работу «О законах выделения тепла гальваническим током» в 1843 году. Ленц тщательно продумал и разработал методику эксперимента, определил применяемую им единицу сопротивления (закон Ома, открытый немецким физиком Георгом Омом в 1826-27 годах, к этому времени ещё не вошёл во всеобщее употребление), а также единицы силы тока и электродвижущей силы. Результаты его эксперимента сводились к двум основным положениям:
Нагревание проволоки гальваническим током пропорционально сопротивлению проволоки.
Нагревание проволоки гальваническим током пропорционально квадрату служащего для нагревания тока.
Точность и обстоятельность опытов Ленца обеспечили быстрое признание закона, вошедшего в науку под названием закона Джоуля-Ленца:
Уже в первых опытах
Джоуль понял, что теплота, выделяемая
в проводнике, порождается химическими
превращениями в батарее, т.е. осознал
энергетический смысл открытого им
закона. В работе «О тепловом эффекте
магнитоэлектричества и механическом
эффекте теплоты», доложенной на собрании
Британской Ассоциации в 1843 году, Джоуль
сформулировал вывод, что теплоту можно
создавать с помощью механической работы,
используя электромагнитную индукцию;
при этом выделяющееся количество теплоты
пропорционально квадрату силы
индукционного тока. Вращая электромагнит
индукционной машины с помощью опускающегося
в поле тяжести груза, Джоуль определил
соотношение между работой падающего
груза и количеством теплоты, выделяемой
в цепи: 1 ккал = 460 кгсм.
Здесь использованы практически не
употребляющиеся сегодня единицы
количества теплоты: 1 кал – калория,
количество тепла, необходимое для
нагревания одного грамма воды на 1
Усилия Майера и Джоуля в борьбе за утверждение закона сохранения энергии поддержал известный немецкий естествоиспытатель Герман Гельмгольц. В работе «О сохранении силы» (1847 г.) он сформулировал и математически обосновал закон сохранения энергии, отметив его всеобщий характер: этому закону подчиняются механические, тепловые, электрические, физиологические и другие процессы. Гельмгольц впервые точно сформулировал теорему о кинетической энергии (все еще именуя последнюю «живой силой»), определив кинетическую энергию как половину произведения mv2 : « … я предлагаю величину обозначать как количество живой силы, благодаря чему она будет тождественна по величине с величиной затраченной работы». Рассматривая консервативную систему материальных точек, взаимодействующих между собой посредством потенциальных сил или находящихся во внешнем потенциальном поле, Гельмгольц показал, что:
1. Изменение «живой силы» (т. е. кинетической энергии) каждой материальной точки равно изменению ее потенциальной энергии с обратным знаком.
2. «Сумма существующих в системе напряженных сил (сумма потенциальных энергий материальных точек) и живых сил постоянна».
«В этой наиболее общей форме, – писал Гельмгольц, – мы можем наш закон назвать принципом сохранения силы».
В 1853 году Уильям Джон Макуорн Ранкин, профессор технической механики в Глазго, в статье «Об общем законе превращения энергии» ввёл термин «энергия» и сформулировал закон сохранения энергии в следующем виде: «Сумма всей энергии (потенциальной и кинетической) во Вселенной остаётся неизменной». С этого времени термин «энергия» и закон сохранения энергии входят во всеобщее употребление.
Закон сохранения и превращения энергии (первый закон термодинамики)
Более 200 лет назад люди стали догадываться о том, что энергия в природе не появляется на пустом месте и не пропадает бесследно, а просто превращается из одной в другую. Например, не раз замечалось, что тело во время быстрого бега разогревается, а предметы при натирании теплеют. То есть энергия работы, движения каким-то образом трансформируется в тепловую энергию.
Первым этот процесс четко описал французский инженер Сади Карно (1796—1832). Именно он открыл, что теплота выделяется тогда, когда энергия движения тел переходит в энергию движения частиц, из которых состоят эти тела, и таким образом меняет форму. И наоборот, шустро передвигающиеся частицы, скажем, горячего пара приводят в движение вал турбины. При этом Сади был уверен, что определенное количество одного вида энергии полностью, без малейших потерь, превращается в такое же количество другой энергии. Хоть позже и выяснилось, что это не так, Карно заложил основы термодинамики и создал базу для дальнейших изысканий в данном направлении, которыми занимались, в частности, английский ученый У. Томсон и немецкий физик Р. Клаузиус.
Между тем немецкий медик Роберт Майер во время путешествия в 1840 г. на остров Ява сделал любопытное открытие: у людей, которые долгое время провели в тропиках, венозная кровь ярче и светлее, чем у жителей Европы. Причину Роберт усмотрел в теплообмене: мол, в жарких странах человеку требуется меньше энергии на обогрев, поэтому кислород в организме расщепляет пищу не так активно, и, соответственно, в венозной крови скапливается меньше углекислого газа. Это натолкнуло медика на мысль о тесной взаимосвязи между работой и теплом, а когда один из моряков рассказал ему, как разогревается штормовое море, он окончательно убедился в том, что энергия не иссякает, а трансформируются в другой вид. Ведь вода в шторм нагревается не солнечными лучами, а движением волн! В статье, посвященной этому открытию, Майер написал, что энергии тепла, движения и электричества — неуничтожимые материи, которые выступают инициаторами и посредниками во взаимодействиях разных тел, в процессе чего меняют свое качество.
Через год Роберт опубликовал еще один материал, где впервые попытался определить, сколько работы нужно затратить, чтобы выделилось то или иное количество тепла, и сколько теплоты потребуется для совершения некоторого количества движения. Расчеты ученого были такими: если поднять на высоту 365 м, например, 20-килограммовый предмет, а потом бросить его вниз, то он ударится оземь с такой силой, что энергии этого удара хватит, дабы нагреть на градус 20 л воды.
За последующие четыре года Майер написал целый труд на тему обмена веществ у живых организмов, детально изложив свою теорию сохранения энергии. Согласно этой теории, любое явление природы, любой процесс вызывается определенной причиной и затем провоцирует иное явление. Таким образом, все причины можно разделить на две категории: сила и материя. Ни первая, ни вторая не могут просто разрушиться и исчезнуть — вместо этого они взаимно превращаются, меняя форму.
Силы — или энергии — Майер подразделял на несколько видов. Живая, то есть кинетическая, выделяется при движении тел. Сила падения (потенциальная) соответствует произведению высоты, с которой был сброшен предмет, и веса самого предмета. Суммарная механическая связана с превращением первой силы во вторую. Наконец, тепловая способна трансформироваться в механическую и обратно (ученый вычислил, что для получения 1 ккал тепла нужно затратить 425 кГм механической энергии). Кроме того, есть еще электрическая и химическая силы. Первая возникает от трения, а значит, является результатом трансформации механической работы. Вторая выделяется в процессе соединения химических элементов и распада веществ. В природе же все энергетические преобразования запускаются Солнцем и происходят циклически.
Теория Майера не нашла сторонников, однако он прямо заявил, что не верит в существование нематериальных субстанций вроде теплорода — невесомой жидкости — или флогистона (мифического горючего «наполнителя» всех тел). Призвав общественность к борьбе с древними суевериями, ученый подчеркнул, что природа намного мудрее человека и познать ее не так-то просто.
Одновременно с Майером исследования энергообмена проводил английский физик Джеймс Прескотт Джоуль (1818—1889). Ничего не зная об изысканиях немецкого коллеги, в 1843 г. он тоже обнаружил, что работу (энергию перемещения или трения) можно «обменять» на эквивалентное количество теплоты, и наоборот. Джоуль экспериментировал с гальваническим элементом — электрической батареей, состоящей из цинковой и медной пластин, погруженных в раствор серной кислоты. Цинковая пластина в таком устройстве накапливает отрицательный заряд, отдавая раствору положительные атомы-ионы, а при соединении с медной пластиной перебрасывает ей лишние электроны, вследствие чего генерируется электричество. Соответственно, если к гальваническому элементу подсоединить провод, по нему пойдет ток. Так вот, наблюдения показали: во время прохождения тока провод нагревается, и столько же тепла выделяют химические процессы в батарее. Из этого ученый заключил, что поток электронов транспортирует по цепи тепло из батареи, и решил ради любопытства посмотреть, как поведет себя индукционный (мгновенный) ток.
Для этого ему понадобился железный стержень, обмотанный проволокой и помещенный в воду, электромагнит, установленный полюсами по обе стороны катушки, и гальванометр. Подсоединив проволоку к гальванометру, а магнит — к батарее, Джоуль принялся вращать катушку и при этом каждые 15 мин включать-выключать магнит. В моменты возбуждения и исчезновения магнитного поля в катушке возникал индукционный ток — ученый измерял его силу, а также температуру воды. Вскоре стало ясно: мгновенные токи нагревают проводник не хуже постоянного гальванического, и количество выделяемого при этом тепла пропорционально числу атомов, участвующих в химических реакциях батареи. Чтобы определить, как много тепла дает ток, нужно умножить время его прохождения, квадрат его силы и сопротивление проводника.
Далее Джоуль попробовал крутить катушку в разные стороны, предварительно подключив ее к электроцепи, а также придумал вращать ее в магнитном поле падающими грузами. Замеряя не только силу тока и температуру воды, но и работу грузов, ученый выяснил, что на получение 1 ккал тепла нужно потратить 460 кГм механической энергии. А еще сделал вывод: генерируемое магнитом электричество содержит в себе «агентов», которые собственным движением выделяют тепло.
Впоследствии Джоуль нашел механические эквиваленты тепла, выделенного водой, проходящей по узкой трубке, и грузами, которые опускались и поднимались, вращая вертикальную спицу с насаженными на нее лопатками. Это окончательно убедило физика в том, что движение может трансформироваться в тепло, а тепло способно запускать движение либо способствовать магнитному притяжению. То есть все три вида энергии превращаются один в другой без малейших потерь.
Вопрос трансформации энергии очень интересовал и немецкого физиолога Германа Гельмгольца (1821—1894). Сначала Гельмгольц исследовал взаимные преобразования потенциальной энергии, которую тело получает благодаря своему расположению в пространстве, и кинетической энергии движения, а также выделение тепла в процессе этих превращений. Затем ученый занялся тепловыми свойствами электротока — в частности, подсчитал, сколько энергии генерирует конденсатор в заряженном состоянии, а главное — обнаружил нагревание проводника при разряде. После этого Герман поместил в силовое поле замкнутой электроцепи магнит и увидел, что тот начал двигаться, то есть у него появилась кинетическая энергия. Кроме того, за определенный период времени батарея произвела работу, представляющую собой произведение силы тока, электродвижущей силы и временнóго интервала, а проводник выделил тепло, количество которого равнялось произведению силы тока, времени и двойного сопротивления.
Увы, в то время наука еще была не готова принять открытия Гельмгольца, но постепенно ученые все же оценили важность его исследований, и в середине XIX в. закону сохранения и превращения энергии дали почетный титул базового закона природы, объединяющего все физические явления. Позже У. Томсон, Р. Клаузиус и У. Дж. Ренкин углубили теорию Карно, Майера, Джоуля и Гельмгольца, и научный мир навсегда отказался от идеи «невесомых материй».
Оставить эмоциюНравится Тронуло Ха-Ха Ого Печаль Злюсь
2
152Закон и превращения энергии — Справочник химика 21
Первый закон термодинамики является количественной формулировкой закона сохранения энергии в применении к процессам, связанным с превращениями теплоты и работы. [c.33]Основным уравнением гидродинамики является уравнение Д. Бернулли, представляющее собой частный случай закона сохранения и превращения энергии. Для струйки идеальной жидкости, т. е. такой жидкости, у которой нет вязкости, а значит и внутреннего трения, прп установившемся движении это уравнение имеет вид [c.14]
Закон эквивалентных превращений энергии может быть высказан иначе, а именно в виде закона сохранения и превращения энергии энергия не создается и не разрушается при всех процессах и явлениях суммарная энергия всех частей материальной системы, участвующих в данном процессе, не увеличивается и не уменьшается, оставаясь постоянной. [c.24]
В практике горного дела необходимо учитывать многие химические реакции. Так, воздействие влаги на каменный уголь, хранящийся на воздухе, может привести к самовозгоранию. Поэтому при создании многих промышленных процессов необходимо знать условия и направление протекания тех или иных химических реакций. Как и все явления природы, химические реакции сопровождаются изменениями энергии, например выделением или поглощением тепла, излучением и т. п. Поэтому законы, определяющие течение химических превращений, связаны с законами превращения энергии. Эти законы составляют предмет особой науки — термодинамики. Ее приложение к химии называется химической термодинамикой. Основные законы термодинамики вытекают из многовековой практики человечества. Ее первый закон устанавливает невозможность создания машины, которая производила бы работу без затраты энергии —так называемого вечного двигателя первого рода. Второй закон термодинамики указывает на невозможность существования вечного двигателя второго рода, т. е. периодически действующей машины, которая производила бы работу за счет охлаждения окружающей среды. Такая машина могла бы, например, использовать неограниченные запасы энергии морей и океанов. [c.14]
Так как энергия есть мера движения тела и составляющих его атомов и молекул, закон сохранения энергии может быть выражен так движение сохраняется и не может быть остановлено, оно есть важнейшее свойство материи. Из закона превращения энергии видно, что существует много видов движения, например механическое, тепловое, электрическое и т. д., которые могут быть превращены друг в друга, и всегда строго соблюдается принцип экви- [c.24]
Термодинамика включает следующие разделы общую или физическую термодинамику, изучающую наиболее общие законы превращения энергии техническую термодинамику, рассматривающую взаимопревращения теплоты и механической работы в тепловых машинах химическую термодинамику, предметом которой являются превращения различных видов энергии при химических реакциях, процессах растворения, испарения, кристаллизации, адсорбции. [c.47]
Эксперимент подтверждает этот результат. Из-за столь малых величин Е гравитационные цепи не имеют практического значения. Они представляют интерес как пример, иллюстрирующий законы превращения энергии. [c.123]
Какое превращение энергии подчиняется строгим ограничениям превращение макроскопического движения в молекулярное или, наоборот, превращение молекулярного движения в макроскопическое Каким образом связан с этой проблемой второй закон термодинамики (Что легче-смешать мешок красных бобов с мешком белых бобов или рассортировать их ) [c.84]
Первый закон термодинамики — это частный случай закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам. Согласно этому закону при тепловых процессах теплота может переходить в работу, а работа — в теплоту, причем этот переход осуществляется в строго эквивалентных количествах. [c.27]
Переход одного вида энергии в другой может совершаться различными способами. Если не принимать во внимание технических несовершенств, то мы можем сказать, что из определенного количества энергии одного вида всегда возникает (в случае полного превращения) вполне определенное количество другого вида энергии независимо от того, каким способом и с помощью какого устройства совершено это превращение. Так, например, из 1 кГм механической работы всегда возникает 2,34 кал и из 1 кВт ч электрической энергии — всегда 860 ккал тепла (если при этом не возникают другие формы энергии). Когда в процессе превращения образуется несколько видов энергии, нужно учитывать сумму энергий всех видов, выраженных в одинаковых единицах. Исходя из этого, можно сказать, что закон превращения энергии является составной частью закона сохранения энергии. [c.24]
P. Майер, Закон сохранения и превращения энергии. Четыре исследо- [c.596]
Область науки, изучающей отношение между теплотой и работой, получила название термодинамики. Более широко термодинамика изучает законы превращения энергии, законы перехода одного вида энергии в другой. Превращения энергии подчиняются первому, второму и третьему началам термодинамики, причем если первое начало формулирует законы взаимного перехода, то второе и третье определяет направленность превращения энергии. [c.16]
Общую или физическую термодинамику, изучающую наиболее общие законы превращения энергии. [c.81]
Химические реакции сопровождаются, как правило, тепловыми изменениями, т. е. выделением или поглощением теплоты. Изучением тепловых изменений, связанных с химическими реакциями, занимается термохимия. Термохимия пользуется установленными химической термодинамикой общими законами превращения энергии. [c.43]
Термодинамика — это наука, изучающая свойства систем на основе законов превращения энергии. Как правило, в задачах термодинамики определяют связь между механической, внутренней и тепловой энергиями. Изменение одного из этих видов энергии влечет за собой соответствующие изменения других. [c.25]
Оптимизация производства хлора и каустика в электролизерах с диафрагмами рассмотрена в работе
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ)
- ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ)
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ) — общий закон природы, согласно которому энергия (см.) любой замкнутой системы (см.) при всех процессах, происходящих в системе, остаётся постоянной (сохраняется). При этом энергия не может исчезать бесследно или возникать из ничего, она может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы. Закон сохранения энергии в специальной теории относительности (см. (14)) устанавливает связь между полной энергией Е тела и его массой т:
(с — скорость света в вакууме).
Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование. Рязанцев В. Д.. 2011.
- ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МОМЕНТА ИМПУЛЬСА
- ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
Смотреть что такое «ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ)» в других словарях:
ЭНЕРГИИ СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН — один из наиб. фун дам. законов природы, согласно к рому важнейшая физ. величина энергия сохраняется в изолиров. системе. В изолиров. системе энергия может переходить из одной формы в другую, но её кол во остаётся постоянным. Если система не… … Физическая энциклопедия
ЭНЕРГИИ СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН — закон сохранения и превращения энергии, общий закон природы, согласно к рому энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, сохраняется. При этом энергия может только превращаться из одной формы в другую и… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Закон — 1) необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе. Понятие закон родственно понятию сущности. Существуют три основные группы законов: специфические, или частные (напр., закон сложения скоростей … Политология. Словарь.
ЗАКОН — необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе. Понятие закон родственно понятию сущности. Существуют три основные группы законов: специфические, или частные (напр., закон сложения скоростей в… … Большой Энциклопедический словарь
ЗАКОН (в науке) — ЗАКОН, необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе. Понятие закон родственно понятию сущности. Существуют три основные группы законов: специфические, или частные (напр., закон сложения… … Энциклопедический словарь
СОХРАНЕНИЯ ПРИНЦИПЫ — утверждения, выражающие идею сохранения вещей, свойств или отношений природы и выступающие в качестве принципов науч. теорий. К числу С. п. относятся, напр. известные в физике законы сохранения – энергии, массы, импульса, момента импульса,… … Философская энциклопедия
Закон сохранения энергии — Закон сохранения энергии фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и… … Википедия
Энергии сохранения закон — один из наиболее фундаментальных законов, согласно которому важнейшая физическая величина Энергия сохраняется в изолированной системе. Этому закону подчиняются все без исключения известные процессы в природе. В изолированной системе… … Большая советская энциклопедия
закон — а; м. 1. Нормативный акт, постановление высшего органа государственной власти, принятый в установленном порядке и имеющий юридическую силу. Кодекс законов о труде. З. о социальном обеспечении. З. о воинской обязанности. З. о рынке ценных бумаг.… … Энциклопедический словарь
ЗАКОН — (филос., науч.), необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе. Понятие 3. родственно понятию сущности. Существуют три осн. группы 3.: специфические, или частные (напр., 3. сложения скоростей… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Презентация к уроку «Энергия. Закон сохранения и превращения энергии» (9 класс)
Энергия. Закон сохранения и превращения энергии. Применение законов сохранения при решении практических задач в науке и технике.
Цель урока:
Раскрытие учащимися, в ходе урока, смысла закона сохранения энергии, получение сведений о границах его применимости, приобретение умения описывать преобразования энергии при движении тел.
11/26/17
http://aida.ucoz.ru
Повторим.
- Что называется импульсом тела?
- Запишите формулу импульса тела.
- Какова единица измерения импульса тела в СИ?
- Сформулируйте закон сохранения импульса.
11/26/17
Реши задачи
№ 351
Дано
Решение
m 1 = 20 т
υ 1 = 0.3 м/с
m 1 υ 1 +m 2 υ 2 = υ ׀ (m 1 + m 2 )
m 2 = 30 т
υ 2 = 0.2 м/с
υ ׀ — ?
= 0,24 м/с
№ 352
Дано
М= 200 к
Решение
υ л = 1 м/с
υ ׀ п — ?
(М+m)υ л +mυ м = υ ׀ М
m= 50 кг
υ ׀ пр — ?
υ м = 7 м/с
п = 3 м/с
= — 0,5 м/с
11/26/17
История открытия
- Одним из первых экспериментов, подтверждавших закон сохранения энергии, был эксперимент Ж.Л. Гей-Люссака, проведённый в 1807 году.
- Первым же закон сохранения энергии сформулировал немецкий врач Роберт Майер.
- В то же время закон сохранения энергии исследовался Гельмгольцем и Джоулем.
- Эти результаты были изложены на физико-математической секции Британской ассоциации в 1843 году
11/26/17
http://aida.ucoz.ru
Механическая энергия
- Энергия – это способность совершать работу.
- Поскольку существует много различных способов совершения телом работы, то и существует много различных форм энергии.
Виды механической энергии
11/26/17
http://aida.ucoz.ru
Закон сохранения энергии
- Энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую.
Закон сохранения механической энергии
Сумма кинетической и потенциальной энергии тел , составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной .
Сумму E = E k + E p называют полной механической энергией
Примеры применения закона сохранения энергии
Потенциальная энергия деформированного тела переходит в кинетическую
Потенциальная энергия тела, поднятого над землей переходит в кинетическую
Реши тест
ОТВЕТЫ
1-В 2-В
1-3 1-3
2-1 2-1
3-2 3-4
4-4 4-1
5-2 5-3
11/26/17
http://aida.ucoz.ru
Лестница успеха
уверен в своих знаниях
нужно ещё повторить
нуждаюсь в помощи
Домашнее задание.
§ 22,23 упр. 19 (4), 20 (5)
Подготовить сообщение на тему: «Применение законов сохранения при решении практических задач в науке и технике.»
11/26/17
http://aida.ucoz.ru
Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения энергии
Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения энергии
«Всё изменяется, ничто не исчезает»
Овидий
Энергия может превращаться из одного вида в другой и переходить в другие формы. Об этом будет разговор в данной теме.
В прошлой теме речь шла об энергии. Энергией обладает то тело, которое способно совершить работу. Механическая энергия делится на два вида: потенциальная энергия и кинетическая энергия. Потенциальная энергия определяется взаимным расположением взаимодействующих тел (или частей одного и того же тела). Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает всякое движущееся тело. Потенциальная энергия тела, поднятого над землей пропорциональна массе этого тела и высоте, на которую это тело поднято.
Кинетическая энергия пропорциональна массе тела и квадрату скорости, с которой это тело двигается.
Что будет происходить с энергией при падении тела?
Рассмотрим этот процесс поэтапно на примере падения яблока с яблони.
Изначально, яблоко покоится, то есть, его скорость равна нулю. Значит и кинетическая энергия – тоже равна нулю. Но яблоко находится на определенной высоте, поэтому, оно обладает потенциальной энергией. Итак, яблоко начинает падать, и его высота постепенно уменьшается. Но, вместе с тем, увеличивается скорость. В момент, когда яблоко коснется земли, его высота будет равна нулю, а скорость будет максимальной. Таким образом, вся потенциальная энергия яблока превратилась в кинетическую энергию. Возникает вопрос: какую энергию переходит кинетическая энергия после удара яблока об землю? Она переходит в иной вид энергии, который будет изучаться в 8 классе.
Рассмотрим другой пример: бросим футбольный мяч с определенной высоты. Точно также, как и в предыдущем примере, мяч будет набирать скорость и терять высоту, то есть его потенциальная энергия будет превращаться в кинетическую. При ударе о землю, мяч деформируется: таким образом, кинетическая энергия мяча перейдет в энергию упруго деформированного тела. Стремясь вернуть исходную форму, силы упругости, действующие в мяче, совершат работу, в результате чего мяч снова подпрыгнет, почти на ту же высоту, что и раньше. В этом случае, его скорость, наоборот, будет уменьшаться, а высота увеличиваться. То есть, теперь, кинетическая энергия будет превращаться в потенциальную. Мяч достигнет максимальной высоты и на мгновение зависнет в воздухе, а потом, снова начнет падать, и процесс превращения энергии повторится. В конце концов мяч прекратит прыгать и упадет на землю. Дело в том, что в этом случае, энергия расходуется на преодоление сопротивления воздуха, а также теряется при ударах мяча о землю.
Рассмотрим пружинный маятник. В момент, когда пружина расслаблена, и потенциальная, и кинетическая энергия равна нулю.
Стоит растянуть пружину, как она начнет обладать потенциальной энергией.
Пружина, стремясь вернуть свою исходную форму, будет терять потенциальную энергию, но приобретать скорость, то есть её кинетическая энергия будет увеличиваться. Оказавшись в исходном положении, маятник будет обладать максимальной кинетической энергией, а его потенциальная энергия будет равна нулю.
Из-за явления инерции, маятник продолжит движение. Теперь уже его скорость будет уменьшаться, а пружина все больше деформироваться. Таким образом, кинетическая энергия перейдет в потенциальную. Так будет повторяться снова и снова. То же самое можно сказать и о движении обычного маятника.
Многие природные явления сопровождаются превращением одного вида энергии в другой. Классическим примером является течение воды в реках: ведь реки текут с гор в моря. То есть, изначально, вода находится на определенной высоте, и обладает потенциальной энергией, которая впоследствии превращается в кинетическую энергию – энергию течения реки.
Другой пример – это ветер, гнущий деревья. Ветер – это движение воздушных масс, то есть, воздух, в данном случае обладает кинетической энергией. Эта кинетическая энергия расходуется на то, чтобы согнуть дерево (то есть, деформировать его). В результате, дерево начинает обладать потенциальной энергией.
Овидий говорил, что «Всё изменяется, ничто не исчезает». Конечно, речь шла не только об энергии, но к понятию энергии это подходит как нельзя лучше. Действительно, из всех рассмотренных примеров следует, что энергия не исчезает, а только изменяет свой вид. Энергию нельзя создать или уничтожить. Можно только заставить один вид энергии превратится в другой. Если в рассматриваемой системе отсутствуют силы сопротивления, то энергия полностью сохраняется. То есть, в момент удара о землю, кинетическая энергия упавшего тела будет в точности такой же, какой была его потенциальная энергия до начала падения. Более того, на протяжении всего полета, сумма кинетической и потенциальной энергии будет оставаться постоянной. Это можно изобразить графически.
На графике показаны кинетическая энергия, потенциальная энергия и полная механическая энергия. Потенциальная энергия уменьшается ровно на столько, насколько увеличивается кинетическая энергия. Таким образом, полная механическая энергия остается величиной постоянной (именно поэтому, она обозначена на графике горизонтальной прямой). Итак, закон сохранения механической энергии звучит следующим образом: если в замкнутой системе не действуют силы трения и силы сопротивления, то сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел системы остается величиной постоянной. Под замкнутой системой понимают систему, которая не взаимодействует с телами вне системы.
Упражнения.
Закон сохранения энергии нередко упрощает решение довольно сложных задач, а некоторые задачи и вовсе можно решить только с помощью закона сохранения энергии.
Задача 1. Из ружья вертикально вверх вылетела пуля со скоростью 1300 км/ч. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найдите максимальную высоту, на которую взлетит пуля.
Задача 2. Мальчик, находясь на балконе, подбрасывает мяч вертикально вверх с начальной скоростью 3 м/с. После этого мяч падает на землю. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найдите скорость мяча в момент удара о землю, если расстояние между землей и балконом равно 5 м.
Задача 3. Барон Мюнхгаузен утверждал, что он может летать на ядре. Как-то раз, он сказал, что спустившись с высоты 80 м, на высоту 60 м, его скорость увеличилась на 20 м/с. Могло ли высказывание барона быть правдивым?
Основные выводы:
– Энергия не исчезает и не появляется, а просто переходит из одной формы в другую.
– Законом сохранения механической энергии: при отсутствии сил трения и сил сопротивления в замкнутой системе, сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел системы остается величиной постоянной.