Ohranjanje in preoblikovanje energije
Koncept varčevanja z energijo
Temeljni zakon, ki ga je treba upoštevati pri vseh naravnih pojavih, zahteva ohranjanje energije - to je, da se celotna energija ne spremeni v vseh številnih spremembah v naravi. Ohranjanje energije ni opis katerega koli procesa, ki se dogaja v naravi, temveč je izjava, da količina energije, imenovana energija, ostane konstantna, ne glede na to, kdaj se oceni ali kakšni procesi - po možnosti vključno s pretvorbo energije iz ene oblike v drugo - nadaljujte med zaporednimi ocenjevanji.
Zakon ohranjanja energije se uporablja ne le za naravo kot celoto, ampak tudi za zaprte ali osamljene sisteme znotraj narave. Če je torej mogoče določiti meje sistema tako, da iz njega ne dodajamo ali odstranjujemo nobene energije, je treba energijo ohranjati znotraj tega sistema, ne glede na podrobnosti procesov, ki potekajo znotraj meja sistema. Posledica te izjave zaprtega sistema je, da kadar je energija sistema, določena v dveh zaporednih ocenah, enaka, razlika je merilo količine energije, ki je bila dodana ali odstranjena iz sistema v časovni interval, ki preteče med obema ocenjevanjima.
Energija lahko v sistemu obstaja v več oblikah in se lahko v okviru omejitvenega zakona pretvori iz ene oblike v drugo. Te različne oblike vključujejo gravitacijsko, kinetično, toplotno, elastično, električno, kemično, sevalno, jedrsko in masno energijo. Splošna uporabnost koncepta energije in popolnost zakona njenega ohranjanja v različnih oblikah je tako privlačna in uporabna.
Preobrazba energije
Idealen sistem
Preprost primer sistema, v katerem se energija pretvori iz ene oblike v drugo, je podana v metanju kroglice z maso m v zrak. Ko kroglico vržemo navpično s tal, se njena hitrost in s tem njena kinetična energija nenehno zmanjšuje, dokler se ne za trenutek spočije na najvišji točki. Nato se obrne, njegova hitrost in kinetična energija pa se stalno povečujeta, ko se vrne na tla. Kinetična energija E k žogo v trenutku, ko je zapustil tla (točka 1) je bila polovica produkt mase in kvadratom hitrosti, ali 1 / 2 mv 1 2 in enakomerno zmanjšala na nič na najvišji točki (točka 2). Ko se je žoga dvigala v zraku, je pridobila gravitacijsko potencialno energijo E p. Potencial v tem smislu ne pomeni, da energija ni resnična, ampak da je shranjena v neki latentni obliki in da jo je mogoče izkoristiti za svoje delo. Gravitacijska potencialna energija je energija, ki se shrani v telesu zaradi svojega položaja v gravitacijskem polju. Gravitacijsko potencialno energijo mase m opazujemo s proizvodom mase, višino h, ki jo dosežemo glede na neko referenčno višino, in pospeškom g telesa, ki je posledica zemeljske gravitacije na njej, ali mgh. V trenutku, ko je krogla zapustila tla na višini h 1, je potencialna energija E p1 mgh 1. Na najvišji točki je njegova potencialna energija E p2 mgh 2. Z uporabo zakona varčevanja z energijo in brez predloga trenja v zraku seštejejo naslednje enačbe:
V tem idealiziranem primeru se kinetična energija kroglice v tleh pretvori v delo pri dviganju kroglice na h 2, kjer je njena gravitacijska potencialna energija povečana za mg (h 2 - h 1). Kot je žoga pade nazaj na prizemni h na 1, to gravitacijska potencialna energija se pretvori nazaj v kinetično energijo in njene celotne energije na uro 1 je spet 1 / 2 mv 1 2 + mgh 1. V tej verigi dogodkov je kinetična energija krogle nespremenjena pri h 1; zato je delo na žogi s silo gravitacije, ki deluje nanjo v tem ciklu dogodkov, nič. Ta sistem naj bi bil konzervativen.
