Energiatakarékosság és átalakulás
Az energiatakarékosság fogalma
Egy olyan alaptörvény, amelyet minden természetes jelenség vonatkozásában betartanak, megköveteli az energiamegtakarítást, vagyis azt, hogy a teljes energia nem változik a természetben bekövetkező sok változás során. Az energiamegtakarítás nem a természetben zajló folyamatok leírása, hanem egy kijelentés, miszerint az energianak nevezett mennyiség állandó marad, függetlenül attól, hogy mikor értékelik, vagy milyen folyamatok során - beleértve az energia egyik formájáról a másikra történő átalakulását is - folytassa az egymást követő értékelések között.
Az energiamegtakarítási törvényt nemcsak a természet egészére, hanem a természetben lévő zárt vagy elkülönített rendszerekre is alkalmazzák. Így ha egy rendszer határait úgy lehet meghatározni, hogy ne adjunk energiát a rendszerhez, vagy távolítsuk el a rendszert, akkor az energiát meg kell takarítani a rendszerben, függetlenül a rendszer határain zajló folyamatok részleteitől. Ennek a zárt rendszerű kijelentésnek az a következménye, hogy ha egy rendszer egymást követő két értékelésben meghatározott energiája nem azonos, akkor a különbség annak az energiamennyiségnek a mértéke, amelyet a rendszerhez adtak, vagy eltávolítottak a a két értékelés közötti időintervallum.
Az energia a rendszerben számos formában létezhet, és az egyik formáról a másikra átalakítható a konzerválási törvény korlátozása alapján. Ezek a különféle formák magukban foglalják a gravitációs, kinetikai, hő-, elasztikus, elektromos, kémiai, sugárzó, nukleáris és tömeg energiát. Az energia fogalmának egyetemes alkalmazhatósága, valamint a megőrzésére vonatkozó törvénynek a különböző formákon belüli teljessége teszi az ilyen vonzóvá és hasznossá.
Az energia átalakulása
Ideális rendszer
Egy egyszerű példát egy olyan rendszerre, amelyben az energiát átalakítják egyik formájáról a másikra, az m tömegű golyó levegőbe dobása képezi. Amikor a labdát függőlegesen dobják le a talajtól, annak sebessége és így kinetikus energiája folyamatosan csökken, amíg a legmagasabb pontján pillanatnyi pihenésre nem kerül. Ezután megfordul, és sebessége és kinetikus energiája folyamatosan növekszik, amikor visszatér a földre. A kinetikus energia E k a labdát abban a pillanatban, hogy elhagyta a földre (1. pont) a fele volt a termék a tömeg és a tér a sebesség, vagy a 1 / 2 mv 1 2, és folyamatosan csökkent nullára a legmagasabb ponton (2. pont) Ahogy a golyó emelkedett a levegőben, gravitációs potenciál energiát nyert E p. A potenciál ebben az értelemben nem azt jelenti, hogy az energia nem valódi, hanem inkább azt, hogy valamilyen rejtett formában tárolódik és felhasználható munkavégzésre. A gravitációs potenciális energia olyan energia, amelyet egy test tárol a gravitációs térben elfoglalt helyzete alapján. Megfigyelték, hogy egy m tömeg gravitációs potenciális energiáját a tömeg szorzata, az elért h magasság valamilyen referenciamagassághoz viszonyítva, és egy test g gyorsulása adja meg, amely a Föld gravitációja által ráhúzódik, vagy mgh. A labda azon a pillanatban, amikor a h 1 magasságban elhagyta a talajt, potenciális E p1 energiája mgh 1. A legmagasabb pontján az E p2 potenciális energiája mgh 2. Az energiamegtakarítás törvényét alkalmazva és feltételezve, hogy nincs súrlódás a levegőben, ezek összeadják a következő egyenleteket:
Ebben az idealizált példában a golyó földi szintű kinetikus energiáját átalakítják úgy, hogy a golyót h 2-re emelik, ahol a gravitációs potenciál energiáját mg-kal (h 2 - h 1) növelték. Mivel a labda esik vissza a talajszint h 1, ez a gravitációs potenciális energia alakul vissza kinetikus energia és a teljes energia h 1 ismét 1 / 2 mv 1 2 + MGH 1. Ebben az eseményláncban a golyó kinetikus energiája h 1- nél nem változik; így a labdán a rá ható gravitációs erő által végzett munka ebben az eseményciklusban nulla. Azt állítják, hogy ez a rendszer konzervatív.
