Enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu fizikanın ən mühüm postulatlarından biridir. Onun yaranma tarixini, eləcə də əsas tətbiq sahələrini nəzərdən keçirin.
Tarix Səhifələri
İlk olaraq enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanununu kimin kəşf etdiyini öyrənək. 1841-ci ildə ingilis fiziki Joule və rus alimi Lenz paralel olaraq təcrübələr apardılar və bunun nəticəsində alimlər mexaniki iş ilə istilik arasındakı əlaqəni praktikada aşkar edə bildilər.
Planetimizin müxtəlif yerlərində fiziklər tərəfindən aparılan çoxsaylı tədqiqatlar enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanununun kəşfini əvvəlcədən müəyyən etdi. On doqquzuncu əsrin ortalarında alman alimi Mayer öz formulasını verdi. Alim o dövrdə mövcud olan elektrik, mexaniki hərəkət, maqnitizm, insan fiziologiyası haqqında bütün məlumatları ümumiləşdirməyə çalışıb.
Təxminən eyni dövrdə Danimarka, İngiltərə və Almaniya alimləri də oxşar fikirlər səsləndiriblər.
Təcrübələristilik
İstilik haqqında müxtəlif fikirlərə baxmayaraq, onun tam təsviri yalnız rus alimi Mixail Vasilyeviç Lomonosova verilmişdir. Müasirləri onun fikirlərini dəstəkləmirdilər, onlar hesab edirdilər ki, istilik maddəni təşkil edən ən kiçik hissəciklərin hərəkəti ilə əlaqəli deyil.
Lomonosov tərəfindən təklif edilən mexaniki enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu yalnız Rumford təcrübələr zamanı maddənin içərisində hissəciklərin hərəkətinin olduğunu sübut edə bildikdən sonra dəstəkləndi.
İstilik əldə etmək üçün fizik Davy iki buz parçasını bir-birinə sürtərək buzu əritməyə çalışdı. O, belə bir fərziyyə irəli sürdü ki, ona görə istilik maddə hissəciklərinin salınan hərəkəti hesab olunurdu.
Mayerin enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu istiliyin yaranmasına səbəb olan qüvvələrin dəyişməzliyini qəbul edirdi. Bu fikir digər alimlər tərəfindən tənqid edilib və onlar xatırladıblar ki, qüvvə sürət və kütlə ilə bağlıdır, buna görə də onun dəyəri dəyişməz qala bilməz.
XIX əsrin sonunda Mayer öz fikirlərini bir broşürdə ümumiləşdirdi və aktual istilik problemini həll etməyə çalışdı. O dövrdə enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunundan necə istifadə olunurdu? Mexanikada enerjinin necə əldə edilməsi, çevrilməsi ilə bağlı konsensus yox idi, ona görə də bu sual on doqquzuncu əsrin sonuna qədər açıq qaldı.
Qanunun xüsusiyyəti
Enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu əsas qanunlardan biridir vəfiziki kəmiyyətləri ölçmək üçün müəyyən şərtlər. O, termodinamikanın birinci qanunu adlanır, onun əsas obyekti təcrid olunmuş sistemdə bu dəyərin saxlanılmasıdır.
Enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu istilik miqdarının müxtəlif amillərdən asılılığını müəyyən edir. Mayer, Helmholtz, Joule tərəfindən aparılan eksperimental tədqiqatlar zamanı enerjinin müxtəlif növləri fərqləndirildi: potensial, kinetik. Bu növlərin birləşməsinə mexaniki, kimyəvi, elektrik, istilik deyilir.
Enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu aşağıdakı formulaya malik idi: "Kinetik enerjinin dəyişməsi potensial enerjinin dəyişməsinə bərabərdir."
Mayer bu kəmiyyətin bütün növlərinin ümumi istilik miqdarı dəyişməz qaldıqda bir-birinə çevrilə biləcəyi qənaətinə gəldi.
Riyazi ifadə
Məsələn, qanunun kəmiyyət ifadəsi kimi kimya sənayesi enerji balansıdır.
Enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu müxtəlif maddələrin qarşılıqlı təsir zonasına daxil olan istilik enerjisinin miqdarı ilə bu zonadan çıxan miqdar arasında əlaqə yaradır.
Bir enerji növündən digərinə keçid onun yox olması demək deyil. Xeyr, yalnız onun başqa formaya çevrilməsi müşahidə olunur.
Eyni zamanda bir əlaqə var: iş - enerji. Enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu bu kəmiyyətin sabitliyini nəzərdə tutur (onun cəmikəmiyyət) təcrid olunmuş sistemdə baş verən istənilən proseslər üçün. Bu, bir növdən digərinə keçid prosesində kəmiyyət ekvivalentliyinin müşahidə olunduğunu göstərir. Müxtəlif hərəkət növlərinin kəmiyyət təsvirini vermək üçün fizikada nüvə, kimyəvi, elektromaqnit, istilik enerjisi tətbiq edilmişdir.
Müasir ifadə
Enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu bu gün necə oxunur? Klassik fizika bu postulatın riyazi qeydini termodinamik qapalı sistem üçün ümumiləşdirilmiş vəziyyət tənliyi şəklində təklif edir:
W=Wk + Wp + U
Bu tənlik qapalı sistemin ümumi mexaniki enerjisinin kinetik, potensial, daxili enerjilərin cəmi kimi müəyyən edildiyini göstərir.
Düsulu yuxarıda verilmiş enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu qapalı sistemdə bu fiziki kəmiyyətin dəyişməzliyini izah edir.
Riyazi qeydin əsas çatışmazlığı onun yalnız qapalı termodinamik sistem üçün uyğunluğudur.
Açıq sistemlər
Artımlar prinsipini nəzərə alsaq, enerjinin saxlanma qanununu qapalı olmayan fiziki sistemlərə də şamil etmək tamamilə mümkündür. Bu prinsip sistemin vəziyyətinin təsviri ilə bağlı riyazi tənlikləri mütləq ifadələrlə deyil, onların ədədi artımları ilə yazmağı tövsiyə edir.
Enerjinin bütün formalarını tam nəzərə almaq üçün ideal sistemin klassik tənliyinə əlavə etmək təklif edilmişdir.sahənin müxtəlif formalarının təsiri altında təhlil edilən sistemin vəziyyətində dəyişikliklər nəticəsində yaranan enerji artımlarının cəmi.
Ümumiləşdirilmiş versiyada vəziyyət tənliyi aşağıdakı kimidir:
dW=Σi Ui dqi + Σj Uj dqj
Bu tənlik müasir fizikada ən tam hesab olunur. Məhz enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanununun əsası oldu.
Məna
Elmdə bu qanuna istisnalar yoxdur, bütün təbiət hadisələrini idarə edir. Məhz bu postulat əsasında müxtəlif mühərriklər haqqında fərziyyələr irəli sürmək, o cümlədən əbədi mexanizmin inkişafı reallığını təkzib etmək olar. Bir növ enerjinin digərinə keçidini izah etmək lazım olan bütün hallarda istifadə edilə bilər.
Mexaniki proqramlar
Hazırda enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanunu necə oxunur? Onun mahiyyəti bu kəmiyyətin bir növünün digərinə keçidindədir, lakin eyni zamanda onun ümumi dəyəri dəyişməz olaraq qalır. Mexanik proseslərin aparıldığı sistemlərə konservativ deyilir. Belə sistemlər ideallaşdırılmışdır, yəni sürtünmə qüvvələrini, mexaniki enerjinin dağılmasına səbəb olan digər müqavimət növlərini nəzərə almırlar.
Mühafizəkar sistemdə yalnız potensial enerjinin kinetik enerjiyə qarşılıqlı keçidləri baş verir.
Belə bir sistemdə cismə təsir edən qüvvələrin işi yolun forması ilə əlaqəli deyil. Onun dəyəribədənin son və ilkin vəziyyətindən asılıdır. Fizikada bu cür qüvvələrə misal olaraq cazibə qüvvəsini nəzərdən keçirək. Konservativ sistemdə qapalı kəsikdə qüvvənin işinin qiyməti sıfırdır və enerjinin saxlanma qanunu aşağıdakı formada keçərlidir: “Mühafizəkar qapalı sistemdə potensial və kinetik enerjinin cəmi. sistemi təşkil edən orqanlar dəyişməz olaraq qalır.”
Məsələn, cismin sərbəst düşməsi zamanı potensial enerji kinetik formaya keçir, bu növlərin ümumi dəyəri isə dəyişmir.
Sonda
Mexaniki iş mexaniki hərəkətin materiyanın digər formalarına qarşılıqlı keçidinin yeganə yolu hesab edilə bilər.
Bu qanun texnologiyada tətbiq tapdı. Avtomobilin mühərriki söndürüldükdən sonra kinetik enerjinin tədricən itirilməsi, ardınca isə avtomobilin dayanması baş verir. Tədqiqatlar göstərdi ki, bu zaman müəyyən miqdarda istilik ayrılır, ona görə də sürtünən cisimlər qızdırılır, daxili enerjiləri artır. Sürtünmə və ya hərəkətə qarşı hər hansı müqavimət halında mexaniki enerjinin daxili dəyərə keçidi müşahidə olunur ki, bu da qanunun düzgünlüyünü göstərir.
Onun müasir tərtibatı belə görünür: “Təcrid olunmuş sistemin enerjisi heç yerdə yoxa çıxmır, heç bir yerdən görünmür. Sistem daxilində mövcud olan hər hansı bir hadisədə bir növ enerjinin digərinə keçidi, bir cisimdən digərinə ötürülməsi baş verir.kəmiyyət dəyişikliyi.”
Bu qanunun kəşfindən sonra fiziklər qapalı bir dövrədə sistemin ötürdüyü istilik miqdarında heç bir dəyişiklik olmayacağı əbədi hərəkət edən maşın yaratmaq ideyasından əl çəkmirlər. kənardan alınan istiliklə müqayisədə ətraf aləmi. Belə bir maşın tükənməz istilik mənbəyinə, bəşəriyyətin enerji problemini həll etmək üsuluna çevrilə bilər.
