Энциклопедия обо всем на свете. Роль знаний в жизни людей. Энциклопедия знаний.

Сохранение энергии.

Скорость входит не только в импульс. Движущееся пу­шечное ядро разобьет каменную стену, хотя такое же яд­ро, но неподвижное ничего не сделает со стенкой, даже соприкасаясь с ней. Движущееся пушечное ядро совер­шает работу, а идентичное с ним во всем, кроме отсут­ствия движения, неподвижное ядро не совершает ее. Фи­зики считают, что работа совершается только при движе­нии против сил сопротивления. Так, работа совершается при поднятии груза против сил тяжести, при вколачива­нии гвоздя в дерево против силы трения, при разрушении каменной стены против межмолекулярных сил, удержи­вающих ее части вместе. Ясно, что работа, взятая сама по себе, не сохраняется. Если груз висит, работа не со­вершается. С другой стороны, груз не будет двигаться вверх сам по себе. Что-то должно двигать его вверх; что-то должно совершать работу. Поэтому, если необходимо иметь дело с замкнутой системой, следует учесть и то, что совершает работу.

Все, что способно совершать работу, является фор­мой энергии. (Это слово происходит от греческого еnеrgia — деятельность). Итак, движущаяся масса обладает энергией, а неподвижная — нет, как я уже отмечал выше, сравнивая движущееся и неподвижное пушечные ядра. Означает ли это, что энергия движущейся массы эквива­лентна ее импульсу? Нисколько! Работа, совершаемая а нижущейся массой, увеличивается пропорционально не скорости (как показывают точные измерения), а квадрату ее. Утройте массу ядра, не меняя его скорости, и оно совершит втрое большую работу. Но утройте его ско­рость, не меняя массу, — и оно совершит работу, в девять раз большую. Если обозначить массу буквой т, а ско­рость v, их произведение будет равно ту. Энергия дви­жения, или кинетическая энергия (от греческого kinetikos — относящиеся к движению), выражается как 1/2 mv2.

Движение — не единственное средство совершить ра­боту. Можно, например, разбить тарелку, не только уда­рив ее молотком, но сильно нагрев ее или устроив под ней маленький пороховой взрыв. Гвоздь поднимают вверх против сил тяжести с помощью магнита или про­волочной катушки с электрическим током. Короче, имеет­ся целый ряд различных проявлений энергии. Вот неко­торые из них: электрическая, магнитная, химическая, световая, тепловая. Существует даже «энергия положе­ния», или потенциальная энергия, которую можно понять на примере камня, поднятого метра на два над посудой. Камень поднят, но не совершает работы. Однако в нем запасена энергия, которая реализуется, когда он падает и разбивает посуду.

Энергия превращается не только в работу, но и в дру­гие формы энергии. Электрический ток вызывает маг­нетизм, в лампе накаливания — свет и тепло, в двигате­ле—кинетическую энергию. Химическая энергия, даю­щая возможность дереву сгореть, превращается во время этого процесса в тепло и свет, а химический взрыв заста­вляет предметы лететь и таким образом переходит в ки­нетическую энергию. Кинетическая энергия благодаря трению превращается в тепло, а если трение используют для зажигания спички, тепло преобразуется в свет. Когда заряжается аккумуляторная батарея, электрическая энергия переходит в химическую; когда она разряжает­ся, происходит обратный процесс.

В этом отношении тепло занимает особое место. Лю­бая другая форма энергии при определенных условиях полностью преобразуется в тепловую. Однако тепло не может превратиться в любую другую форму энергии пол­ностью. Часть энергии всегда остается в виде тепла. Бо­лее того, если одна форма нетепловой энергии переходит в другую, это превращение никогда не происходит пол­ностью: некоторая часть энергии всегда переходит в теп­ло. Следовательно, энергию удобно подразделять на теп­ловую и все другие формы, включая работу. Поэтому не удивительно, что тепло требует специального рассмотрения и имеет даже собственную единицу измерения. (Не надо забывать, что тепло было тщательно изучено еще до того, как его отнесли к формам энергии.) Единица теп­ла — калория. Это количество тепла, необходимое для то­го, чтобы поднять температуру одного грамма воды от 1-1,5° С до 15,5° С.

Более распространенная единица энергии, которая чаще всего используется для других се форм, составлена ИЗ грамма, сантиметра и секунды. Если выразить энер­гию как '/г mv2, то единица энергии будет иметь размер­ность гсм2/сек2. Для большего удобства физики догово­рились назвать эту единицу односложно, для чего было придумано слово эрг (от слова «энергия»). Эрг —малая единица энергии. Чтобы поднять 1 грамм вещества на ко­роткое расстояние в 1 сантиметр, преодолевая земное притяжение, надо затратить 980,7 эрг.

Теперь можно задать один важный вопрос. Когда оп­ределенное количество какой-нибудь нетепловой энергии полностью превращается в тепловую, всегда ли выде­ляется одно и то же количество тепла? Всегда ли х эрг превращается в у калорий, т. е. сохраняется ли, другими словами, энергия?

Необходимые эксперименты провел в сороковых го­дах XIX века английский физик Джемс Джоуль. Он пы­тался превратить энергию в тепло самыми разными спо­собами, например: заставлял двигаться воду или ртуть с помощью колеса с лопастями, сжимал воздух, пропус­кал воду через узкие трубки, вращал проволочную ка­тушку между полюсами магнита, пропускал через прово­локу электрический ток. В каждом случае он измерял затраченную энергию и выделенное тепло. Даже во время своего медового месяца Джоуль не смог побороть иску­шения измерить температуру вверху и внизу водопада, чтобы узнать, сколько тепла выделяет энергия падающей воды. К 1847 году он установил, что данное количество нетепловой энергии любого вида всегда производит оди­наковое количество тепла.

Впоследствии это было подтверждено несчетное число раз, и теперь мы можем сказать, что 41 800 000 эрг экви­валенты 1 кал тепла. Это соотношение называется меха­ническим эквивалентом тепла. В честь Джоуля 10 000 000 эрг принято считать равными 1 джоулю. Следо­вательно, механический эквивалент тепла 1 калория ра­вен 4,18 джоуля.

В то же самое десятилетие два немецких физика Юли­ус Роберт Майер и Герман Людвиг фон Гельмгольц неза­висимо друг от друга привели ряд аргументов в польз) сохранения энергии. Подкрепленные опытами Джоуля, эти аргументы стали в конце концов убедительными. Так был установлен закон сохранения энергии, который яв­ляется, вероятно, самым фундаментальным и важным обобщением из всех, которые дала наука.

Подобно массе и в отличие от импульса энергия — скалярная величина. Она бывает больше или меньше, но нет положительной или отрицательной энергии.

Предположим, например, что два пушечных ядра оди­наковой массы летят навстречу друг другу с одинаковой скоростью. Их импульсы равны и противоположны, так что общий импульс двух ядер равен нулю. Если ядра столкнутся неупруго, они сплющатся и упадут на землю. Но оба ядра обладали кинетической энергией, а она не может исчезнуть. Однако однажды столкнувшись, ядра больше не движутся. Что же случилось с кинетической энергией? Она превратилась в другую форму энергии — тепловую. В результате столкновения ядра так нагрева­ются, что могут частично расплавиться. Следовательно, правильнее говорить о полной энергии, а не о суммарной, и закон сохранения энергии формулировать так: полная энергия замкнутой системы постоянна.


blog comments powered by Disqus
 


Рекомендуем

Поиск

Последние обновления

Утиные губы только отдаляют переезд на Рублевку.

Утиные губы только отдаляют переезд на Рублевку.

Интервью с пластическим хирургом о том, что придет на... Подробнее...
Двойные послания в детстве, ведущие к психической травме.

Двойные послания в детстве, ведущие к психической травме.

«Думаете ли вы, что Я пришел дать мир земле? Нет, говорю... Подробнее...
Теория ведра с крабами.

Теория ведра с крабами.

Есть такая чудесная штука, называется crab bucket theory — «теория... Подробнее...
 Загадки группы и резуса крови.

Загадки группы и резуса крови.

У людей выявляют 4 основных группы крови: 0 (1), А (2), В (3),... Подробнее...
Перестаньте хвалиться тем, что еще не сделано.

Перестаньте хвалиться тем, что еще не сделано.

Никому не говорите о покупке, которую собираетесь совершить.... Подробнее...
"Не трогайте полотенце для рук". Секреты отелей, о которых вы не знали.

"Не трогайте полотенце для рук". Секреты отелей, о которых вы не знали.

Посетители сайта Quora, где на любой вопрос можно получить... Подробнее...
Ученые рассказали о простом способе войти в измененное состояние сознания.

Ученые рассказали о простом способе войти в измененное состояние сознания.

Контрольной группе удалось достичь результата без использования... Подробнее...
Что делать если «залипла» на мужчину?

Что делать если «залипла» на мужчину?

Довольно часто на одном из этапов отношений женщина начинает... Подробнее...

Самое популярное

Copyright

© 2010-2015 «Smalltalks.ru».
Любое использование материалов сайта допускается только при наличии активной ссылки на этот ресурс.