Articles

Conservarea energiei

Posted by admin

această secțiune necesită citări suplimentare pentru verificare. Vă rugăm să ajutați la îmbunătățirea acestui articol prin adăugarea de citate la surse de încredere. Materialele nesurse pot fi contestate și eliminate. (Noiembrie 2015) (a Învăța cum și când să elimina acest șablon de mesaj)

filosofilor Antici, în măsura înapoi ca Thales din Milet c. 550 Î. hr avut inklings de conservare de fond substanța din care este făcut., Cu toate acestea, nu există niciun motiv special pentru a identifica teoriile lor cu ceea ce știm astăzi drept „energie în masă” (de exemplu, Thales a crezut că este apă). Empedocle (490-430 Î. hr.) a scris că în sistem universal, compus din patru rădăcini (pământ, aer, apă, foc), „nimic nu vine să fie sau piere”; în schimb, aceste elemente suferă continuă rearanjare. Epicurus (c., 350 Î. hr.), pe de altă parte crede că totul în univers să fie compus din unități indivizibile ale materiei—vechi precursor al ‘atomi’—și el a avut o idee de necesitatea de conservare, care să ateste că „suma totală de lucruri a fost întotdeauna așa cum este acum, și așa va rămâne.în 1605, Simon Stevinus a reușit să rezolve o serie de probleme în statică bazate pe principiul că mișcarea perpetuă era imposibilă.,în 1639, Galileo a publicat analiza sa asupra mai multor situații—inclusiv celebrul „pendul întrerupt”—care poate fi descris (în limbajul modern) ca transformând conservator energia potențială în energie cinetică și înapoi. În esență, el a subliniat că înălțimea pe care o ridică un corp în mișcare este egală cu înălțimea de la care cade și a folosit această observație pentru a deduce ideea de inerție. Aspectul remarcabil al acestei observații este că înălțimea la care un corp în mișcare urcă pe o suprafață fără frecare nu depinde de forma suprafeței.,în 1669, Christiaan Huygens și-a publicat legile coliziunii. Printre cantitățile pe care le-a enumerat ca fiind invariante înainte și după coliziunea corpurilor au fost atât suma momentului lor liniar, cât și suma energiilor lor cinetice. Cu toate acestea, diferența dintre coliziunea elastică și cea inelastică nu a fost înțeleasă la acea vreme. Acest lucru a dus la disputa dintre cercetătorii de mai târziu cu privire la care dintre aceste cantități conservate a fost mai fundamentală., În Horologium Oscillatorium, el a dat o mult mai clară declarație cu privire la înălțimea de ascensiune a unui corp în mișcare, și conectat ideea asta cu imposibilitatea unui perpetuum mobile. Studiul lui Huygens asupra dinamicii mișcării pendulului s-a bazat pe un singur principiu: că centrul de greutate al unui obiect greu nu se poate ridica singur.faptul că energia cinetică este scalară, spre deosebire de impulsul liniar care este un vector și, prin urmare, mai ușor de lucrat nu a scăpat atenției lui Gottfried Wilhelm Leibniz., A fost Leibniz în perioada 1676-1689 care a încercat mai întâi o formulare matematică a tipului de energie care este legată de mișcare (energie cinetică). Folosind Huygens în activitatea de coliziune, Leibniz a observat că, în multe sisteme mecanice (de mai multe mase, mi fiecare cu viteza vi),

∑ i m i v i 2 {\displaystyle \sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}}

s-au conservat atât de mult timp ca masele nu interacționează. El a numit această cantitate vis viva sau forța vie a sistemului. Principiul reprezintă o declarație exactă a conservării aproximative a energiei cinetice în situațiile în care nu există frecare., Mulți fizicieni la acel moment, cum ar fi Newton, a susținut că conservarea impuls, care deține chiar și în sistemele cu frecare, așa cum este definit de impuls:

∑ i m i v i {\displaystyle\,\!\sum _{I}m_{i}v_{i}}

a fost conservat vis viva. Ulterior s-a demonstrat că ambele cantități sunt conservate simultan, având în vedere condițiile adecvate, cum ar fi o coliziune elastică.în 1687, Isaac Newton și-a publicat Principia, care a fost organizată în jurul conceptului de forță și impuls., Cu toate acestea, cercetătorii au recunoscut rapid că principiile stabilite în carte, în timp ce sunt fine pentru masele punctuale, nu erau suficiente pentru a aborda mișcările corpurilor rigide și fluide. Au fost necesare și alte principii.

legea conservării vis viva a fost susținută de duo-ul tată și fiu, Johann și Daniel Bernoulli. Fostul enunțat principiul de lucru virtuale, cum este utilizat în statica în toată generalitatea în 1715, în timp ce acesta din urmă și-a bazat Hydrodynamica, publicată în 1738, pe acest singur principiu conservării., Studiul lui Daniel despre pierderea vis viva a apei curgătoare l-a determinat să formuleze principiul lui Bernoulli, care relatează pierderea ca fiind proporțională cu schimbarea presiunii hidrodinamice. Daniel a formulat, de asemenea, noțiunea de muncă și eficiență pentru mașinile hidraulice; și a dat o teorie cinetică a gazelor și a legat energia cinetică a moleculelor de gaz cu temperatura gazului.,acest accent pus pe vis viva de către fizicienii continentali a dus în cele din urmă la descoperirea principiilor de staționaritate care guvernează mecanica, cum ar fi principiul lui D ‘ Alembert, formulările Lagrangiene și Hamiltoniene ale mecanicii.Émilie du Châtelet (1706-1749) a propus și testat ipoteza conservării energiei totale, distinctă de impuls. Inspirată de teoriile lui Gottfried Leibniz, ea a repetat și a publicat un experiment conceput inițial de Willem ‘s Gravesande în 1722 în care bilele au fost aruncate de la diferite înălțimi într-o foaie de lut moale., Energia cinetică a fiecărei bile—așa cum este indicată de cantitatea de material deplasată-s-a dovedit a fi proporțională cu pătratul vitezei. Deformarea lutului sa dovedit a fi direct proporțională cu înălțimea de la care au fost aruncate bilele, egală cu energia potențială inițială. Muncitorii anteriori, inclusiv Newton și Voltaire, credeau cu toții că „energia” (în măsura în care înțelegeau deloc conceptul) nu era distinctă de impuls și, prin urmare, proporțională cu viteza., Conform acestei înțelegeri, deformarea lutului ar fi trebuit să fie proporțională cu rădăcina pătrată a înălțimii de la care au fost aruncate bilele. În fizica clasică formula corectă este E k = 1 2 m v 2 {\displaystyle E_{k}={\frac {1}{2}}mv^{2}} , unde E k {\displaystyle E_{k}} este energia cinetică a unui obiect, m {\displaystyle m} masa și v {\displaystyle v} viteza. Pe această bază, du Châtelet a propus ca energia să aibă întotdeauna aceleași dimensiuni sub orice formă, ceea ce este necesar pentru a o putea relaționa în diferite forme (cinetică, potențial, căldură…).,

ingineri precum John Smeaton, Peter Ewart, Carl Holtzmann, Gustave-Adolphe Hirn și Marc Seguin au recunoscut că conservarea impulsului nu era adecvată pentru calculul practic și au folosit principiul lui Leibniz. Principiul a fost susținut și de unii chimiști precum William Hyde Wollaston. Academicieni precum John Playfair au subliniat rapid că energia cinetică nu este în mod clar conservată. Acest lucru este evident pentru o analiză modernă bazată pe a doua lege a termodinamicii, dar în secolele XVIII și XIX, soarta energiei pierdute era încă necunoscută.,treptat a ajuns să fie suspectat că căldura generată în mod inevitabil de mișcare sub frecare a fost o altă formă de vis viva. În 1783, Antoine Lavoisier și Pierre-Simon Laplace au revizuit cele două teorii concurente ale vis viva și ale teoriei calorice. Contele Rumford e 1798 observații de generarea de căldură în timpul plictisitor de tunuri adăugat mai multă greutate în vedere că mișcarea mecanică poate fi transformată în căldură și (la fel de important) că această conversie cantitative și ar putea fi prezis (care să permită un universal de conversie constantă între energia cinetică și căldură)., Vis viva a început apoi să fie cunoscut sub numele de energie, după ce termenul a fost folosit pentru prima dată în acest sens de Thomas Young în 1807.

recalibrarea de vis viva la

1 2 ∑ i m i v i 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}\sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}}

care poate fi înțeleasă ca conversia energiei cinetice a lucra, a fost în mare măsură rezultatul de Gaspard-Gustave Coriolis și Jean-Victor Poncelet în perioada 1819-1839. Primul a numit quantity quantité de travail (quantity of work), iar cel de-al doilea, travail mécanique (mechanical work), și ambii au susținut utilizarea sa în calculul ingineriei.,într-o lucrare Über die Natur der Wärme(Germană „despre natura căldurii/căldurii”), publicată în Zeitschrift für Physik în 1837, Karl Friedrich Mohr a dat una dintre primele declarații generale ale doctrinei conservării energiei: „pe lângă cele 54 de elemente chimice cunoscute există în lumea fizică un singur agent, iar acest lucru se numește Kraft . Poate apărea, în funcție de circumstanțe, ca mișcare, afinitate chimică, coeziune, electricitate, lumină și magnetism; și din oricare dintre aceste forme poate fi transformată în oricare dintre celelalte.,o etapă cheie în dezvoltarea principiului conservării moderne a fost demonstrarea echivalentului mecanic al căldurii. Teoria calorică a susținut că căldura nu poate fi nici creată, nici distrusă, în timp ce conservarea energiei implică principiul contrar că căldura și munca mecanică sunt interschimbabile.la mijlocul secolului al XVIII-lea, Mikhail Lomonosov, un om de știință rus, și-a postulat teoria corpusculo-cinetică a căldurii, care a respins ideea unui caloric., Prin rezultatele studiilor empirice, Lomonosov a ajuns la concluzia că căldura nu a fost transferată prin particulele fluidului caloric.în 1798, Contele Rumford (Benjamin Thompson) a efectuat măsurători ale căldurii de frecare generate în tunurile plictisitoare și a dezvoltat ideea că căldura este o formă de energie cinetică; măsurătorile sale au respins teoria calorică, dar au fost suficient de imprecise pentru a lăsa loc de îndoială.principiul echivalenței mecanice a fost declarat pentru prima dată în forma sa modernă de către chirurgul German Julius Robert von Mayer în 1842., Mayer a ajuns la concluzia sa într-o călătorie în Indiile de Est Olandeze, unde a descoperit că sângele pacienților săi era un roșu mai profund, deoarece consumau mai puțin oxigen și, prin urmare, mai puțină energie, pentru a-și menține temperatura corpului în climatul mai cald. El a descoperit că căldura și munca mecanică erau ambele forme de energie, iar în 1845, după ce și-a îmbunătățit cunoștințele despre fizică, a publicat o monografie care a declarat o relație cantitativă între ele.

aparatul Joule pentru măsurarea echivalentului mecanic al căldurii., O greutate descendentă atașată la un șir face ca o paletă scufundată în apă să se rotească.între timp, în 1843, James Prescott Joule a descoperit independent echivalentul mecanic într-o serie de experimente. În cel mai cunoscut, numit acum „aparatul Joule”, o greutate descendentă atașată la un șir a determinat rotirea unei palete scufundate în apă. El a arătat că energia potențială gravitațională pierdută de greutatea descendentă era egală cu energia internă câștigată de apă prin frecare cu paleta.,în perioada 1840-1843, o lucrare similară a fost realizată de inginerul Ludwig A. Colding, deși era puțin cunoscută în afara Danemarcei sale natale.atât munca lui Joule, cât și cea a lui Mayer au suferit de rezistență și neglijare, dar a fost cea a lui Joule care a atras în cele din urmă recunoașterea mai largă.pentru disputa dintre Joule și Mayer asupra priorității, consultați echivalentul mecanic al căldurii: prioritate.,în 1844, William Robert Grove a postulat o relație între mecanică, căldură, lumină, electricitate și magnetism, tratându-le pe toate ca manifestări ale unei singure „forțe” (energie în termeni moderni). În 1846, Grove și-a publicat teoriile în cartea sa the Correlation of Physical Forces. În 1847, bazându-se pe munca mai devreme de Joule, Sadi Carnot și Émile Clapeyron, Hermann von Helmholtz a ajuns la concluzii similare cu Grove și-a publicat teoriile sale în cartea sa Über die Erhaltung der Kraft (Privind Conservarea Vigoare, 1847)., Acceptarea generală modernă a principiului provine din această publicație.în 1850, William Rankine a folosit pentru prima dată expresia legea conservării energiei pentru principiu.în 1877, Peter Guthrie Tait a susținut că principiul provine de la Sir Isaac Newton, bazat pe o lectură creativă a propozițiilor 40 și 41 ale Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Acest lucru este acum privit ca un exemplu de Istorie Whig.

echivalența masă–energieedit

această secțiune are nevoie de citări suplimentare pentru verificare., Vă rugăm să ajutați la îmbunătățirea acestui articol prin adăugarea de citate la surse de încredere. Materialele nesurse pot fi contestate și eliminate. (Noiembrie 2015) (Aflați cum și când să eliminați acest mesaj șablon)

Articol principal: echivalența masă–energie

Materia este compusă din atomi și ceea ce face atomi. Materia are o masă intrinsecă sau de odihnă. În gama limitată de experiență recunoscută a secolului al XIX-lea sa constatat că o astfel de masă de odihnă este conservată. Teoria relativității speciale a lui Einstein din 1905 a arătat că masa de odihnă corespunde unei cantități echivalente de energie de odihnă., Aceasta înseamnă că masa de repaus poate fi transformată în sau din cantități echivalente de forme de energie (nemateriale), de exemplu energia cinetică, energia potențială și energia radiantă electromagnetică. Când se întâmplă acest lucru, așa cum este recunoscut în experiența secolului al XX-lea, masa de odihnă nu este conservată, spre deosebire de masa totală sau de energia totală. Toate formele de energie contribuie la masa totală și energia totală.de exemplu, un electron și un pozitron au fiecare masă de repaus. Ei pot pieri împreună, transformând energia lor de odihnă combinată în fotoni cu energie radiantă electromagnetică, dar fără masă de odihnă., Dacă acest lucru se întâmplă într-un sistem izolat care nu eliberează fotonii sau energia lor în mediul extern, atunci nici masa totală, nici energia totală a sistemului nu se vor schimba. Energia radiantă electromagnetică produsă contribuie la fel de mult la inerția (și la orice greutate) a sistemului ca și masa de odihnă a electronului și a pozitronului înainte de dispariția lor. De asemenea, formele nemateriale de energie pot pieri în materie, care are masă de odihnă.,astfel, conservarea energiei (totală, inclusiv energia materială sau de odihnă) și conservarea masei (totală, nu doar odihnă), fiecare are încă o lege (echivalentă). În secolul al 18-lea acestea au apărut ca două legi aparent distincte.,

Conservare a energiei în beta decayEdit

articol Principal: dezintegrarea Beta § Neutrini în dezintegrarea beta

descoperirea în 1911 că electronii emis în dezintegrarea beta au un continuu mai degrabă decât un spectru discret părea să contrazică conservare a energiei, sub curent atunci presupunerea că dezintegrarea beta este simplu emisia unui electron dintr-un nucleu. Această problemă a fost rezolvată în cele din urmă în 1933 de Enrico Fermi care a propus descrierea corectă a beta-dezintegrării ca emisie atât a unui electron, cât și a unui antineutrino, care îndepărtează energia aparent lipsă.,

Leave A Comment