Oszczędzanie energii i transformacja
Pojęcie oszczędzania energii
Fundamentalne prawo, które zaobserwowano w odniesieniu do wszystkich zjawisk naturalnych, wymaga zachowania energii - tzn. Że energia całkowita nie zmienia się we wszystkich wielu zmianach zachodzących w naturze. Zachowanie energii nie jest opisem żadnego procesu zachodzącego w naturze, ale raczej stwierdzeniem, że ilość zwana energią pozostaje stała bez względu na to, kiedy jest oceniana lub jakie procesy - być może włączając transformacje energii z jednej formy w drugą - przechodzić między kolejnymi ocenami.
Prawo zachowania energii stosuje się nie tylko do przyrody jako całości, ale także do zamkniętych lub odizolowanych systemów w przyrodzie. Tak więc, jeśli granice systemu można zdefiniować w taki sposób, że żadna energia nie jest ani dodawana, ani usuwana z systemu, wówczas energia musi być zachowana w tym systemie, niezależnie od szczegółów procesów zachodzących w granicach systemu. Następstwem tego oświadczenia o zamkniętym systemie jest to, że ilekroć energia systemu określona w dwóch kolejnych ocenach nie jest taka sama, różnica jest miarą ilości energii, która została dodana lub usunięta z systemu w odstęp czasu między dwiema ocenami.
Energia może istnieć w wielu postaciach w systemie i może być przekształcana z jednej formy do drugiej w ramach ograniczeń prawa zachowania. Te różne formy obejmują energię grawitacyjną, kinetyczną, termiczną, elastyczną, elektryczną, chemiczną, promieniującą, jądrową i masową. To uniwersalne zastosowanie koncepcji energii, a także kompletność prawa jej zachowania w różnych formach, czyni ją tak atrakcyjną i użyteczną.
Transformacja energii
Idealny system
Prosty przykład układu, w którym energia jest przekształcana z jednej formy do drugiej, jest zapewniony przez wyrzucenie piłki o masie m w powietrze. Kiedy piłka jest wyrzucana pionowo z ziemi, jej prędkość, a tym samym jej energia kinetyczna, spada stopniowo, aż zatrzyma się na chwilę w najwyższym punkcie. Następnie cofa się, a jego prędkość i energia kinetyczna stale rosną, gdy wraca na ziemię. Energia kinetyczna e k piłki w chwili opuścił podstawy (punkt 1) był o połowę produktu masy i kwadratu prędkości, lub 1 / 2 MV 1 2 i stopniowo zmniejszała się do zera w najwyższym punkcie (punkt 2) Gdy piłka uniosła się w powietrze, zyskała grawitacyjną energię potencjalną E p. Potencjał w tym sensie nie oznacza, że energia nie jest prawdziwa, ale raczej, że jest przechowywana w jakiejś utajonej formie i może być wykorzystana do pracy. Energia potencjalna grawitacji jest energią zmagazynowaną w ciele dzięki jego położeniu w polu grawitacyjnym. Obserwuje się, że energia potencjalna grawitacji masy m wynika z iloczynu masy, wysokości h osiągniętej w stosunku do pewnej wysokości odniesienia oraz przyspieszenia g ciała wynikającego z przyciągania grawitacji Ziemi lub mgh. W momencie, gdy piłka opuściła ziemię na wysokości h 1, jej energia potencjalna E p1 wynosi mgh 1. W najwyższym punkcie jego energia potencjalna E p2 wynosi mgh 2. Stosując prawo zachowania energii i nie zakładając tarcia w powietrzu, sumują się one, tworząc następujące równania:
W tym wyidealizowanym przykładzie energia kinetyczna kuli na poziomie gruntu jest przekształcana w pracę polegającą na podniesieniu kuli do h 2, gdzie jej potencjalna energia grawitacyjna została zwiększona o mg (h 2 - h 1). Gdy piłka wraca na boisko h na poziomie 1, to potencjalna energia grawitacji jest przekształcany z powrotem w energię kinetyczną, a jego całkowita energia w h 1 jest znowu 1 / 2 MV 1 2 + MGH 1. W tym łańcuchu zdarzeń energia kinetyczna piłki pozostaje niezmieniona w h 1; tak więc praca wykonana na kuli przez siłę grawitacji działającą na nią w tym cyklu zdarzeń wynosi zero. Ten system jest uważany za konserwatywny.
