Энерги хадгалагдах ба хувирах хууль бол физикийн хамгийн чухал постулатуудын нэг юм. Түүний гадаад төрх байдал, мөн хэрэглээний үндсэн чиглэлийг авч үзье.
Түүхийн хуудас
Эхлээд энерги хадгалагдах, хувирах хуулийг хэн нээсэн болохыг олж мэдье. 1841 онд Английн физикч Жоул, Оросын эрдэмтэн Ленц нар зэрэгцэн туршилт явуулсны үр дүнд эрдэмтэд механик ажил болон дулааны хоорондын холбоог практикт олж тогтоож чадсан байна.
Манай гаригийн янз бүрийн хэсэгт физикчдийн хийсэн олон тооны судалгаанууд энерги хадгалагдах ба хувирах хуулийг нээсэн болохыг урьдаас тодорхойлсон. 19-р зууны дундуур Германы эрдэмтэн Майер өөрийн томъёоллыг өгсөн. Эрдэмтэн тухайн үед байсан цахилгаан, механик хөдөлгөөн, соронзон, хүний физиологийн талаарх бүх мэдээллийг нэгтгэн дүгнэхийг оролдсон.
Ойролцоогоор ижил хугацаанд Дани, Англи, Германы эрдэмтэд ижил төстэй санааг илэрхийлж байсан.
Туршилтууддулаан
Дулааны тухай олон янзын санаа байгаа хэдий ч түүний бүрэн дүр зургийг зөвхөн Оросын эрдэмтэн Михаил Васильевич Ломоносов өгсөн. Орчин үеийн хүмүүс түүний санааг дэмждэггүй, дулаан нь бодисыг бүрдүүлдэг хамгийн жижиг хэсгүүдийн хөдөлгөөнтэй холбоогүй гэж үздэг.
Ломоносовын дэвшүүлсэн механик энерги хадгалагдах ба хувирах хуулийг Рамфорд туршилтын явцад материйн доторх бөөмсийн хөдөлгөөн байгааг нотолж чадсаны дараа л дэмжсэн.
Физикч Дэви дулаан авахын тулд хоёр ширхэг мөсийг хооронд нь үрж мөс хайлуулахыг оролдсон. Тэрээр дулааныг бодисын бөөмсийн хэлбэлзэл хөдөлгөөн гэж үздэг таамаглал дэвшүүлсэн.
Энерги хадгалагдах ба хувирах Майерын хууль нь дулааны харагдах байдлыг үүсгэдэг хүчний хувиршгүй шинж чанартай гэж үзсэн. Энэ санааг бусад эрдэмтэд шүүмжилж, хүч нь хурд, масстай холбоотой тул түүний үнэ цэнэ өөрчлөгдөхгүй байж болохгүй гэдгийг сануулсан.
19-р зууны төгсгөлд Майер өөрийн санааг товхимолд нэгтгэн дүгнэж, дулааны бодит асуудлыг шийдэхийг оролдсон. Тухайн үед энерги хадгалагдах, хувирах хуулийг хэрхэн ашигласан бэ? Механикийн хувьд эрчим хүчийг хэрхэн олж авах, хэрхэн хувиргах талаар зөвшилцөлд хүрээгүй тул энэ асуулт XIX зууны эцэс хүртэл нээлттэй хэвээр байв.
Хуулийн онцлог
Энерги хадгалагдах ба хувирах хууль нь үндсэн хууль юм.физик хэмжигдэхүүнийг хэмжих тодорхой нөхцөл. Үүнийг термодинамикийн нэгдүгээр хууль гэж нэрлэдэг бөгөөд гол зорилго нь тусгаарлагдсан системд энэ утгыг хадгалах явдал юм.
Эрчим хүчний хадгалалт ба хувирлын хууль нь дулааны хэмжээ нь янз бүрийн хүчин зүйлээс хамааралтай болохыг тогтоодог. Майер, Хельмгольц, Жоуле нарын хийсэн туршилтын судалгааны явцад янз бүрийн энергийг ялгасан: потенциал, кинетик. Эдгээр зүйлийн нэгдлийг механик, химийн, цахилгаан, дулаан гэж нэрлэдэг.
Энерги хадгалагдах ба хувирах хууль нь дараах томьёотой байсан: "Кинетик энергийн өөрчлөлт нь потенциал энергийн өөрчлөлттэй тэнцүү байна."
Майер энэ хэмжигдэхүүний бүх сортууд дулааны нийт хэмжээ өөрчлөгдөхгүй бол бие биенээ хувиргах чадвартай гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн.
Математик илэрхийлэл
Жишээ нь хуулийн тоон илэрхийлэл болох химийн үйлдвэр нь эрчим хүчний баланс юм.
Энерги хадгалагдах ба хувирах хууль нь янз бүрийн бодисуудын харилцан үйлчлэлийн бүсэд орж буй дулааны энергийн хэмжээ болон энэ бүсээс гарах хэмжээ хоорондын хамаарлыг тогтоодог.
Нэг төрлийн энергиээс нөгөөд шилжсэнээр тэр нь алга болно гэсэн үг биш. Үгүй, зөвхөн түүний өөр хэлбэрт хувирах нь ажиглагдаж байна.
Үүний зэрэгцээ ажил - эрч хүч гэсэн харилцаа бий. Эрчим хүчийг хадгалах, хувиргах хууль нь энэ хэмжигдэхүүний тогтмол байдлыг (түүний нийт) гэж үздэгтоо хэмжээ) тусгаарлагдсан системд явагдах аливаа процессын хувьд. Энэ нь нэг зүйлээс нөгөө зүйл рүү шилжих явцад тоон эквивалент ажиглагдаж байгааг харуулж байна. Хөдөлгөөний төрөл бүрийн тоон тодорхойлолтыг өгөхийн тулд цөмийн, хими, цахилгаан соронзон, дулааны энергийг физикт нэвтрүүлсэн.
Орчин үеийн үг хэллэг
Өнөөдөр энерги хадгалагдах ба хувирах хуулийг хэрхэн уншиж байна вэ? Сонгодог физик нь термодинамикийн хаалттай системийн төлөв байдлын ерөнхий тэгшитгэл хэлбэрээр энэхүү постулатын математик тэмдэглэгээг санал болгодог:
W=Wk + Wp + U
Энэ тэгшитгэл нь хаалттай системийн нийт механик энерги нь кинетик, потенциал, дотоод энергийн нийлбэрээр тодорхойлогддог болохыг харуулж байна.
Томьёог дээр дурдсан энерги хадгалагдах ба хувирах хууль нь битүү систем дэх энэхүү физик хэмжигдэхүүн өөрчлөгдөхгүй байдгийг тайлбарладаг.
Математик тэмдэглэгээний гол сул тал нь зөвхөн битүү термодинамик системд хамааралтай байдаг.
Нээлттэй систем
Өсөлтийн зарчмыг харгалзан үзвэл эрчим хүчний хадгалалтын хуулийг хаалттай бус физик системд хамруулах бүрэн боломжтой. Энэ зарчим нь системийн төлөв байдлын тайлбартай холбоотой математик тэгшитгэлийг үнэмлэхүй утгаар биш, харин тоон өсөлтөөр бичихийг зөвлөж байна.
Энергийн бүх хэлбэрийг бүрэн тооцохын тулд идеал системийн сонгодог тэгшитгэлд нэмэхийг санал болгосон. Талбайн янз бүрийн хэлбэрийн нөлөөгөөр шинжилж буй системийн төлөвийн өөрчлөлтөөс үүссэн энергийн өсөлтийн нийлбэр.
Ерөнхий хувилбарт төлөвийн тэгшитгэл дараах байдалтай байна:
dW=Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Энэ тэгшитгэлийг орчин үеийн физикт хамгийн бүрэн гүйцэд гэж үздэг. Энэ нь энерги хадгалагдах ба хувирах хуулийн үндэс болсон юм.
Утга
Шинжлэх ухаанд энэ хуульд үл хамаарах зүйл байхгүй, байгалийн бүх үзэгдлийг зохицуулдаг. Энэхүү постулатын үндсэн дээр хүн янз бүрийн хөдөлгүүрүүдийн тухай таамаглал дэвшүүлж, түүний дотор мөнхийн механизмын хөгжлийн бодит байдлыг үгүйсгэх боломжтой юм. Нэг төрлийн энерги нөгөөд шилжихийг тайлбарлах шаардлагатай бүх тохиолдолд үүнийг ашиглаж болно.
Механик хэрэглээ
Энерги хадгалагдах, хувирах хуулийг одоогийн байдлаар хэрхэн уншиж байна вэ? Үүний мөн чанар нь энэ хэмжигдэхүүний нэг төрлийг нөгөөд шилжүүлэхэд оршдог боловч ерөнхий үнэ цэнэ нь өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Механик процессууд явагддаг системийг консерватив гэж нэрлэдэг. Ийм системүүд нь үрэлтийн хүч, механик энергийг сарниулахад хүргэдэг бусад төрлийн эсэргүүцлийг харгалздаггүй.
Консерватив системд зөвхөн потенциал энерги нь кинетик энергид харилцан шилждэг.
Ийм систем дэх биед үйлчлэх хүчний ажил нь замын хэлбэрээс хамааралгүй. Түүний үнэ цэнэбиеийн эцсийн болон анхны байрлалаас хамаарна. Физикийн ийм төрлийн хүчний жишээ болгон таталцлын хүчийг авч үзье. Консерватив системд битүү огтлол дахь хүчний ажлын утга тэг байх ба энерги хадгалагдах хууль дараах хэлбэрээр хүчинтэй байх болно: “Консерватив хаалттай системд потенциал ба кинетик энергийн нийлбэр. Системийг бүрдүүлдэг биетүүд өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна."
Жишээ нь, биеийн чөлөөт уналтын үед потенциал энерги нь кинетик хэлбэрт шилждэг бол эдгээр төрлүүдийн нийт утга өөрчлөгддөггүй.
дүгнэлтэнд
Механик ажил нь механик хөдөлгөөнийг материйн бусад хэлбэрт харилцан шилжүүлэх цорын ганц арга зам гэж үзэж болно.
Энэ хууль нь технологид хэрэглэгдэх болсон. Машины хөдөлгүүрийг унтраасны дараа кинетик энерги аажмаар буурч, дараа нь тээврийн хэрэгсэл зогсдог. Судалгаанаас харахад энэ тохиолдолд тодорхой хэмжээний дулаан ялгардаг тул үрж буй бие халааж, дотоод энергийг нэмэгдүүлдэг. Үрэлт эсвэл хөдөлгөөнд ямар нэгэн эсэргүүцэл үзүүлэх үед механик энерги дотоод утга руу шилжих нь ажиглагдаж байгаа нь хуулийн зөвийг илтгэнэ.
Түүний орчин үеийн томъёолол нь: “Тусгаарлагдсан системийн энерги хаана ч алга болдоггүй, хаанаас ч гарч ирдэггүй. Системийн доторх аливаа үзэгдлийн хувьд нэг төрлийн энерги нөгөөд шилжих, нэг биеэс нөгөөд шилжих, ямар ч өөрчлөлтгүйгээр явагддаг.тоон өөрчлөлт."
Энэ хуулийг нээсний дараа физикчид хаалттай циклийн үед системээс дамжуулж буй дулааны хэмжээ өөрчлөгдөхгүй мөнхийн хөдөлгөөнт машин бүтээх санаагаа орхисонгүй. гаднаас хүлээн авсан дулаантай харьцуулахад хүрээлэн буй ертөнц. Ийм машин нь хүн төрөлхтний эрчим хүчний асуудлыг шийдвэрлэх арга болох дулааны шавхагдашгүй эх үүсвэр болж чадна.
