Запазване и трансформация на енергия
Концепцията за енергоспестяване
Основен закон, който е спазен за всички природни явления, изисква запазването на енергията, т.е. общата енергия не се променя при всички много промени, които се случват в природата. Запазването на енергия не е описание на какъвто и да е процес, протичащ в природата, а по-скоро е изявление, че количеството, наречено енергия, остава постоянно, независимо от това кога се оценява или какви процеси - евентуално включва трансформация на енергия от една форма в друга - продължете между последователните оценки.
Законът за запазване на енергията се прилага не само за природата като цяло, но и за затворени или изолирани системи в природата. По този начин, ако границите на дадена система могат да бъдат определени по такъв начин, че нито една енергия не се добавя към или премахва от системата, тогава енергията трябва да бъде запазена в рамките на тази система, независимо от детайлите на процесите, протичащи вътре в границите на системата. Следствие от това твърдение за затворена система е, че винаги, когато енергията на дадена система, определена в две последователни оценки, не е еднаква, разликата е мярка за количеството енергия, което е било добавено към или отстранено от системата в времеви интервал, изтичащ между двете оценки.
Енергията може да съществува под много форми в системата и може да бъде преобразувана от една форма в друга в рамките на ограничението на закона за опазване. Тези различни форми включват гравитационна, кинетична, топлинна, еластична, електрическа, химическа, лъчиста, ядрена и масова енергия. Универсалната приложимост на концепцията за енергия, както и пълнотата на закона за нейното запазване в различни форми, я прави толкова привлекателна и полезна.
Трансформация на енергията
Идеална система
Прост пример за система, при която енергията се преобразува от една форма в друга, е дадена при хвърлянето на топка с маса m във въздуха. Когато топката се хвърли вертикално от земята, нейната скорост и по този начин кинетичната й енергия постоянно намаляват, докато не замине за момент в най-високата си точка. След това тя се обръща назад, а скоростта и кинетичната му енергия се увеличават непрекъснато, докато се връща към земята. Кинетичната енергия Е к играта в момента го остави на земята (точка 1) е половината от произведението на масата и квадрата на скоростта, или 1 / 2 MV 1 2 и устойчиво намалява до нула в най-високата точка (точка 2). Докато топката се издигаше във въздуха, тя придобива гравитационна потенциална енергия E p. Потенциалът в този смисъл не означава, че енергията не е истинска, а по-скоро, че тя се съхранява в някаква латентна форма и може да бъде привлечена да върши работа. Гравитационната потенциална енергия е енергия, която се съхранява в тялото благодарение на неговото положение в гравитационното поле. Гравитационната потенциална енергия на маса m се наблюдава да бъде дадена от произведението на масата, височината h, постигната по отношение на някаква референтна височина, и ускорението g на тяло в резултат на гравитацията на Земята, която се дърпа върху нея, или mgh. В момента, в който топката напусна земята на височина h 1, потенциалната й енергия E p1 е mgh 1. В най-високата си точка потенциалната му енергия E p2 е mgh 2. Прилагайки закона за запазване на енергията и не допускайки триене във въздуха, те формират следните уравнения:
В този идеализиран пример кинетичната енергия на топката на нивото на земята се превръща в работа за повдигане на топката до h 2, където нейната гравитационна потенциална енергия е увеличена с mg (h 2 - h 1). Както топката пада обратно до нивото на земята з 1, тази гравитационна потенциална енергия се преобразува обратно в кинетична енергия и общата енергия ч 1 отново е 1 / 2 MV 1 2 + MGH 1. В тази верига от събития кинетичната енергия на топката е непроменена при h 1; по този начин работата, вършена върху топката от силата на гравитацията, действаща върху нея в този цикъл от събития, е нула. Твърди се, че тази система е консервативна.
