Enerģijas saglabāšana un pārveidošana
Enerģijas taupīšanas jēdziens
Pamatlikumam, kas ievērots attiecībā uz visām dabas parādībām, ir nepieciešama enerģijas saglabāšana, proti, ka kopējā enerģija nemainās visās daudzajās dabā notiekošajās izmaiņās. Enerģijas saglabāšana nav jebkura dabā notiekoša procesa apraksts, bet drīzāk ir paziņojums, ka daudzums, ko sauc par enerģiju, paliek nemainīgs neatkarīgi no tā, kad tiek novērtēts vai kādi procesi - iespējams, ietverot enerģijas pārveidošanu no vienas formas uz otru - pārejiet starp secīgiem novērtējumiem.
Enerģijas saglabāšanas likums tiek piemērots ne tikai dabai kopumā, bet arī slēgtām vai izolētām sistēmām dabā. Tādējādi, ja sistēmas robežas var definēt tā, ka sistēmai netiek pievienota vai no tās noņemta enerģija, tad enerģija šajā sistēmā jāsaglabā, neatkarīgi no procesa norisēm, kas notiek sistēmas robežās. Šī slēgtās sistēmas paziņojuma rezultāts ir tāds, ka tad, kad sistēmas enerģija, kas noteikta divos secīgos novērtējumos, nav vienāda, starpība ir enerģijas daudzuma lielums, kas ir pievienots sistēmai vai noņemts no tās laika intervāls starp abiem novērtējumiem.
Enerģija sistēmā var pastāvēt daudzos veidos, un to var pārveidot no vienas formas uz otru, ievērojot saglabāšanas likumu. Šīs dažādās formas ietver gravitācijas, kinētisko, termisko, elastīgo, elektrisko, ķīmisko, starojuma, kodolenerģijas un masas enerģiju. Tik pievilcīgu un noderīgu padara enerģijas jēdziena universālā piemērojamība, kā arī tā saglabāšanas likuma pilnīgums dažādās formās.
Enerģijas pārveidošana
Ideāla sistēma
Vienkāršs sistēmas piemērs, kurā enerģija tiek pārveidota no vienas formas uz otru, ir sniegts, bumbiņu ar masu m metot gaisā. Kad bumba tiek izmesta vertikāli no zemes, tās ātrums un tādējādi arī kinētiskā enerģija vienmērīgi samazinās, līdz tā momentā miegā nonāk augstākajā punktā. Tad tas apgriežas, un tā ātrums un kinētiskā enerģija vienmērīgi palielinās, kad tas atgriežas uz zemes. Kinētiskā enerģija E k bumbu pie mirklī tas atstāja zemi (1 punkts) bija puse produkts masas un kvadrāts ātrumu, vai 1 / 2 mv 1 2, un nepārtraukti samazinājās līdz nullei augstākajā punktā (2. punkts). Kamēr bumba pacēlās gaisā, tā ieguva gravitācijas potenciāla enerģiju E p. Potenciāls šajā nozīmē nenozīmē, ka enerģija nav īsta, bet drīzāk to, ka tā tiek glabāta kaut kādā latentā formā un to var izmantot, lai veiktu darbu. Gravitācijas potenciālā enerģija ir enerģija, kas tiek uzkrāta ķermenī, pateicoties tās stāvoklim gravitācijas laukā. Tiek novērots, ka masas m gravitācijas potenciālo enerģiju dod masas reizinājums, sasniegtais augstums h attiecībā pret kādu atskaites augstumu un ķermeņa paātrinājums g, ko rada Zemes gravitācijas spēks, vai mgh. Tūlīt pēc tam bumba atstāja zemi h 1 augstumā, un tās potenciālā enerģija E p1 ir mgh 1. Augstākajā punktā tā potenciālā enerģija E p2 ir mgh 2. Piemērojot enerģijas saglabāšanas likumu un pieņemot, ka gaisā nav berzes, tie veido šādus vienādojumus:
Šajā idealizētajā piemērā bumbiņas kinētiskā enerģija zemes līmenī tiek pārveidota darbā, paaugstinot bumbu līdz h 2, kur tās gravitācijas potenciālā enerģija ir palielināta par mg (h 2 - h 1). Tā kā bumba nokrīt atpakaļ uz zemes līmeņa h 1, tas gravitācijas potenciālā enerģija tiek pārvērsta atpakaļ kinētisko enerģiju un tās kopējās enerģijas h 1 atkal ir 1 / 2 mv 1 2 + mgh 1. Šajā notikumu ķēdē bumbiņas kinētiskā enerģija nemainās pie h 1; tādējādi darbs, kas veikts uz bumbiņu ar gravitācijas spēku, kurš uz to iedarbojas šajā notikumu ciklā, ir nulle. Tiek apgalvots, ka šī sistēma ir konservatīva.
