Глава 2..5. Действие закона сохранения в макромире.
2..5.1. Закон сохранения энергиисвидетельствует о неуничтожимости движения и материи, существовании взаимных превращений между видами энергии и движения, невозможности создания чего-либо из ничего. Он объясняет природу механической работы, и справедлив для всех явлений природы.
Благодаря открытию закона сохранения энергии были сделаны новые ценные открытия, созданы механизмы и устройства нового типа, приведены в единую систему физические представления о мире. Закон имеет исключительное значение для естествознания, поскольку на нем основаны основные положения современных физики, химии, прочих смежных наук. Все знания о веществе, разного рода превращениях, феноменах и процессах опираются на представления о сохранении энергии. Одновременно этот закон объединяет и разные виды энергии: лучистую, ядерную, электромагнитную, механическую, химическую, тепловую и т.д.
Закон этот неукоснительно соблюдается во всей бесконечной Вселенной. Замедление времени, искривление пространства, сверхтекучесть и сверхпроводимость, а также прочие физические «штучки», нарушающие привычные представления о мире, на закон сохранения не распространяются. Он универсален. Если какие-то расчеты показывают, что энергия берется из ниоткуда или уходит в никуда, значит они просто неверны. Закон сохранения при всей своей простоте непоколебим и категоричен. Исключений из него не существует и не может существовать даже чисто предположительно!
Невозможно представить себе случай, когда закон сохранения не действовал бы. Материя пребывает в движении, которое выражается в переходах энергии из одного состояния в другое. Поэтому, если бы случилось нечто фантастическое, и закон сохранения энергии перестал бы работать, это означало бы исчезновение материи и Вселенной.
Обобщенная форма закона гласит: Внутри замкнутой системы энергия передается от одного тела к другому, претерпевая превращения и принимая новые разновидности. Количество ее всегда остается неизменным.
При этомсистемой называется совокупность объектов (предметов и\или явлений) объединенных единым процессом.
Если процесс обратимый или циклический - система замкнутая. Все материальные системы, как естественного природного происхождения, так и созданные человеком, в той или иной степени взаимодействуют с внешними по отношению к системе объектами, то есть являются открытыми и составляют вместе с этими «внешними» объектами более сложную систему или надсистему, по отношению к которой будут являться подсистемой. Процесс, объединяющий компоненты в элементарную систему может быть и необратимым. Например: система, состоящая из органического вещества – целлюлозы (спичка) и кислорода, объединенных необратимой химической реакцией (горения) превращения их в углекислый газ, минеральные соли и пары воды. Такая система, образованная необратимым процессом будет называться незамкнутой. Однако процесс необратимый в рамках данной элементарной системы может оказаться обратимым в рамках одной из надсистем более высоких иерархий. А так как все процессы, в какой бы форме они не протекали, - это в итоге процессы перехода и превращения энергии, то, по сути, все материальные системы являются замкнутыми. Смысл закона заключается в том, чтобы следить за приходом и расходом энергия внутри выбранной системы. Энергией называется способность какого-либо тела или системы совершать работу. Известно, что работа в физике — это действие приложенной к телу силы на каком-то отрезке пути А = FS (F – сила, S- расстояние, А - работа)
Частный вариант закона — для механики — утверждает, что полная механическая энергия всех тел системы остается неизменной.
Тела взаимодействуют друг с другом механически (как шестеренки в часах) и при этом передают друг другу энергию. Передача ее и взаимодействие такого рода называется механическим процессом. Не участвующие в процессе тела, если они как-то иначе влияют на систему, изменяют ее энергию. Но тела внутри системы этого не могут: количествоэнергии постоянно при чисто механическом процессе.
Для объяснения смысла закона сохранения механической энергии обратимся к связи между работой и потенциальной энергией.
Выделяют два основных вида энергии: потенциальную и кинетическую. Потенциальную энергию тело или система приобретают в результате работы, совершенной против действия какой-либо силы. Например, для того чтобы тело приобрело потенциальную энергию его нужно поднять на определенную высоту, т.е. совершить работу против силы тяжести.
Следовательно, мы можем говорить не об абсолютных значениях энергии тела или системы, а только о том на сколько она изменится после совершения работы.
Кинетическая энергия приобретается в процессе движения тел или систем обладающих массой и зависит от скорости этого движения
Такой энергией обладает брошенный камень. Можно сказать, что кинетическая энергия есть энергия движущегося тела.
Потенциальная и кинетическая энергии могут проявляться в различных формах механической, химической, электрической, тепловой. При этом все эти формы могут переходить друг в друга и в конечном итоге в механическую или тепловую энергию, т.е. в макромире возможны принципиально только 2 способа перехода энергии: в другую форму: через механическую работу ,или через тепловую форму энергии.
Энергия означает способность тела совершать работу.Пока тело не совершает никакой работы, его энергия переходит из потенциальной в кинетическую и наоборот — до бесконечности.
Но любое взаимодействие порождает расход энергии тела. Кинетическая энергия уменьшается, переходя в работу, то же самое может произойти и с потенциальной энергией. Полная энергия тела или системы тел, как несложно понять, равна сумме их кинетической и потенциальной энергий.
Поэтому как бы не менялось количество кинетической и потенциальной энергий, полная энергия неизменна. Именно это и утверждает закон сохранения механической энергии. В системе она лишь передается от тела к телу. Способ передачи механической энергии — это и есть работа, которая всегда равна величине изменения энергии. Физики формулируют это утверждение так: работа служит мерой передачи энергии при механических процессах.
Нет такого механизма, который бы давал «выигрыш» работе. Нельзя из бензобака получить больше энергии» чем там есть! Нельзя извлечь больше энергии из атомного реактора, чем это возможно. Работа выполняется одинаковая.
Потенциальная и кинетическая энергии могут проявляться в различных формах механической, химической, электрической, тепловой, атомной. При этом все эти формы могут переходить друг в друга и в конечном итоге в механическую или тепловую энергию, т.е. в макромире возможны принципиально только 2 способа перехода энергии: в другую форму: через механическую работу, или через тепловую форму энергии.
Дата добавления: 2015-01-21; просмотров: 1038;