Кратко закон сохранения энергии: Закон сохранения энергии

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2.1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3. 2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4.1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5. 3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5.5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Закон сохранения и превращения энергии – открытие в механике

4

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 214.

4

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 214.

Понятие энергии является одним из самых фундаментальных в физике. Разные виды энергии (потенциальная, кинетическая, внутренняя, электромагнитная, ядерная и др.) объединяет один, универсальный для всех, закон сохранения и превращения энергии. На примере механической энергии, которая объединяет потенциальную и кинетическую энергии, узнаем что такое энергия, как физическая величина, и почему она сохраняется при всех превращениях.

Как связаны работа и энергия

Развитие человеческой цивилизации происходило постепенно благодаря изобретению различных механических устройств, способных совершать тяжелый труд: рычаг, блок, клин, пружина и т.д. Человек совершает работу либо вручную, либо с помощью таких устройств. В обоих случаях совершается работа. Механическая работа А — это физическая величина, равная произведению силы F, действующей на тело, на путь s, пройденный телом в направлении силы.

$А = F * s$ (1)

Понятие энергии тесно связано с понятием работы. Любое движущееся тело может совершить работу. Дальнейший технический прогресс вооружил человека мощными механизмами, позволяющими совершать гигантские объемы работ. Самолеты, пароходы, автомобили, экскаваторы работают благодаря энергии, выделившейся в результате сгорания топлива. Турбины гидроэлектростанций приводятся во вращение от давления потока воды. Все эти примеры показывают, что во всех случаях для совершения работы изначально требуется нечто общее, которое и было сформулировано в виде понятия энергии.

Если тело или система тел, взаимодействующих между собой, способны совершить работу, то говорят, что они обладают энергией.

Итак, энергия — это физическая величина, показывающая какую работу тело (или несколько тел) могут совершить. Чем большей энергией обладает тело, тем большую работу оно способно совершить. То есть энергия это не что иное, как запас работы, которую может совершить тело, изменяя свое состояние.

Рис. 1. Виды энергии: потенциальная, кинетическая, электромагнитная, тепловая, ядерная и т. 2\over 2}$ (4),

где: x — величина деформации (сжатие или удлинение пружины), k — коэффициент жесткости пружины.

Полная механическая энергия E_M равна сумме потенциальной и кинетической энергий:

${EM = Ep + Ек}$ (5).

Рис. 2. Механическая энергия.

Закон сохранения энергии

В середине XIX века английский исследователь Джоуль и российский ученый Ленц провели серию экспериментов по выяснению связи между механической работой и теплотой, результаты которых предопределили открытие закона сохранения и превращения энергии. В общем виде формулировка закона звучит так:

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.

Рассмотрим действие этого закона на примере металлического шарика, который подбрасывают вертикально вверх. При подъеме шарика его скорость убывает, так как на него действует сила земного тяготения. Согласно формулы (2) убывает и кинетическая энергия Е_к. 2\over 2}}$ (6),

где: v₀ — начальная скорость шара.

Рис. 3. Сохранение механической энергии подброшенного шарика.

После открытия закона сохранения энергия стало понятно, что любые попытки изобрести “вечный двигатель” (Perpetuum Mobile) , то есть машину, способную совершать полезную работу без потребления энергии и без каких-либо изменений внутри машины, заранее обречены на провал. Невозможность создания “вечного двигателя” является одним из экспериментальных доказательств закона сохранения энергии.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое энергия и как она связана с понятием работы. Чем большей энергией обладает тело, тем большую работу оно способно совершить. Закон сохранения и превращения энергии утверждает, что при любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую. Создать “вечный двигатель” невозможно потому, что это противоречит закону сохранения энергии.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Ольга Рябцева

  7/10

• Иван Бахмат

  10/10

• Александр Коновалов

  10/10

• Анастасия Алексеева

  6/10

• Галя Комарова

  10/10

Оценка доклада

4

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 214.

---

А какая ваша оценка?

Закон сохранения | Определение, примеры и факты

Ключевые люди:

Юджин Вигнер

Похожие темы:

сохранение энергии сохранение импульса сохранение массы сохранение заряда сохранение массы-энергии

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

закон сохранения , также называемый законом сохранения , в физике принцип, утверждающий, что определенное физическое свойство (т. е. измеряемая величина) не изменяется с течением времени в изолированной физической системе. В классической физике законы этого типа управляют энергией, импульсом, угловым моментом, массой и электрическим зарядом. В физике элементарных частиц другие законы сохранения применяются к свойствам субатомных частиц, которые не изменяются во время взаимодействия. Важная функция законов сохранения состоит в том, что они позволяют предсказывать макроскопическое поведение системы без необходимости рассмотрения микроскопических деталей протекания физического процесса или химической реакции.

Посмотрите, как качающийся маятник демонстрирует закон сохранения энергии

Посмотреть все видео к этой статье

Сохранение энергии подразумевает, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, хотя она может быть преобразована из одной формы (механической, кинетической, химический и др.) в другой. Таким образом, в изолированной системе сумма всех форм энергии остается постоянной. Например, падающее тело имеет постоянное количество энергии, но форма энергии меняется с потенциальной на кинетическую. Согласно теории относительности, энергия и масса эквивалентны. Таким образом, массу покоя тела можно рассматривать как форму потенциальной энергии, часть которой может быть преобразована в другие формы энергии.

Сохранение массы подразумевает, что материя не может быть ни создана, ни уничтожена, т. е. процессы, которые изменяют физические или химические свойства веществ в изолированной системе (например, превращение жидкости в газ), оставляют общую массу неизменной. Строго говоря, масса не является сохраняющейся величиной. Однако, за исключением ядерных реакций, преобразование массы покоя в другие формы массы-энергии настолько мало, что с высокой степенью точности можно считать, что масса покоя сохраняется. Оба закона сохранения массы и сохранения энергии могут быть объединены в один закон сохранения массы-энергии.

Сохранение линейного количества движения выражает тот факт, что тело или система движущихся тел сохраняет свой полный импульс, произведение массы и векторной скорости, если к нему не приложена внешняя сила. В изолированной системе (такой как Вселенная) нет внешних сил, поэтому импульс всегда сохраняется. Поскольку импульс сохраняется, его компоненты в любом направлении также будут сохраняться. Применение закона сохранения импульса важно при решении задач о столкновениях. Работа ракет является примером сохранения количества движения: увеличенный поступательный импульс ракеты равен, но противоположен по знаку импульсу выбрасываемых выхлопных газов.

Сохранение момента количества движения вращающихся тел аналогично сохранению количества движения. Угловой момент — это векторная величина, сохранение которой выражает закон, согласно которому вращающееся тело или система продолжает вращаться с той же скоростью, если к ним не приложена скручивающая сила, называемая крутящим моментом. Угловой момент каждого кусочка материи состоит из произведения его массы, его расстояния от оси вращения и составляющей его скорости, перпендикулярной линии от оси.

Закон сохранения заряда утверждает, что общее количество электрического заряда в системе не меняется со временем. На субатомном уровне могут создаваться заряженные частицы, но всегда в парах с одинаковым положительным и отрицательным зарядом, так что общее количество заряда всегда остается постоянным.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В физике элементарных частиц другие законы сохранения применяются к определенным свойствам ядерных частиц, таким как барионное число, лептонное число и странность. Такие законы применяются в дополнение к законам массы, энергии и импульса, с которыми приходится сталкиваться в повседневной жизни, и их можно рассматривать как аналог закона сохранения электрического заряда. См. также симметрию .

Законы сохранения энергии, импульса и углового момента взяты из классической механики. Тем не менее, все остается верным в квантовой механике и релятивистской механике, которые заменили классическую механику как самый фундаментальный из всех законов. В глубочайшем смысле три закона сохранения выражают тот факт, что физика не меняется с течением времени, с перемещением в пространстве или с вращением в пространстве.

Редакция Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Эриком Грегерсеном.

Все, что вам нужно знать

Содержание

Закон сохранения энергии: все, что вам нужно знать о первом законе термодинамики

Закон сохранения энергии утверждает, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожен. Скорее, он может только изменять формы или переходить от одного объекта к другому. Он также известен как первый закон термодинамики и является одним из самых фундаментальных принципов в физике, химии и технике. В этой статье объясняется все, что вам нужно знать о законе сохранения энергии и его применении в повседневной жизни.

Что такое энергия?

Энергия – это потенциал системы для выполнения работы. В физике существует много видов энергии, но наиболее распространенными являются кинетическая энергия и потенциальная энергия. Кинетическая энергия: энергия вещей, находящихся в движении. Чем быстрее что-то движется, тем больше у него кинетической энергии. Потенциальная энергия: Энергия, которой объект обладает благодаря своему положению — высоте над землей, удаленности от ядра Земли, силе гравитационного притяжения и т. д.

Когда потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, считается, что она «израсходована» и больше не существует как потенциальная энергия. Она была «преобразована» в кинетическую энергию. Физики и инженеры часто используют слово энергия для обозначения любого типа энергии, будь то потенциальная энергия или кинетическая энергия. Эта статья следует этому соглашению и использует слово «энергия» для обозначения энергии во всех ее формах.

Закон сохранения энергии в повседневной жизни

Закон сохранения энергии — это научная теория, согласно которой вся энергия во Вселенной такая же, какой она была всегда. Общее количество энергии во Вселенной не увеличивалось и не уменьшалось с начала времен. Между земной поверхностью и атмосферой происходит постоянный обмен энергией. Земля всегда теряет энергию в космос из-за излучения. Земля теряет энергию, потому что температура поверхности ниже равновесной температуры.

Это несоответствие между температурой и равновесной температурой связано с земной атмосферой. Атмосфера «задерживает» тепло, которое в противном случае ушло бы в космос. Общее количество энергии на Земле всегда одинаково, и она входит и выходит из разных систем. Различные виды энергии постоянно переходят друг в друга; они также преобразуются в другие формы энергии. Закон сохранения энергии гласит, что ни одно из этих энергетических изменений не является новой энергией.

Формальное определение закона сохранения энергии

Закон сохранения энергии гласит, что полная энергия изолированной системы остается постоянной, независимо от преобразований, происходящих внутри системы. Если бы вы могли удалить всю материю из Вселенной, разорвав все химические и физические связи между атомами, а затем измерить оставшуюся энергию, вы бы обнаружили, что энергия Вселенной никогда не менялась. Закон сохранения энергии был впервые предложен Уильямом Томсоном (позднее названным лордом Кельвином) в 1852 г.

Он заявил, что полная энергия системы постоянна и что энергия может изменять форму, но не может быть создана или уничтожена. Этот принцип обычно применяется только к изолированным системам, таким как закрытый контейнер. Изолированная система — это система, которая не связана ни с какой другой системой и не может обмениваться ни веществом, ни энергией с окружающей средой. Однако Вселенная в целом не изолирована, и поэтому закон сохранения энергии не может быть использован для ее описания.

Основные уравнения, помогающие нам понять закон сохранения энергии

Звездная энергия: Звездная энергия — это энергия, содержащаяся в материи звезд, например, при синтезе водорода. Звездная энергия преобразуется в другие виды энергии, когда эти звезды умирают. Тепловая энергия: Тепловая энергия — это энергия, содержащаяся в частицах материи. Тепловая энергия создается только тогда, когда эти частицы находятся в движении. Электрическая энергия: Электрическая энергия — это энергия, содержащаяся в электрических зарядах материи. Он создается, когда электроны перемещаются между атомами вещества. Эти уравнения важны для понимания закона сохранения энергии. Они показывают, как энергия может переходить из одной формы в другую.

Закон сохранения массы и основы химических реакций

Масса не имеет ничего общего с энергией. Тем не менее, его часто используют для иллюстрации закона сохранения энергии. Закон сохранения массы — это идея о том, что общее количество материи во Вселенной постоянно и что материя не может быть ни создана, ни уничтожена. Закон сохранения массы иллюстрирует закон сохранения энергии.

Это иллюстрирует тот факт, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить. Она может быть преобразована только из одной формы в другую, например, из тепловой энергии в кинетическую энергию. Химические реакции происходят, когда два вещества реагируют вместе, образуя новое вещество. Реагенты — это исходные вещества, а продукты — вновь образованные вещества. Химические реакции экзотермические, то есть они выделяют тепло. Количество тепла, выделяющегося в результате реакции, зависит от количества энергии, необходимой для разрыва химических связей, удерживающих реагенты вместе.

Второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики гласит, что общее количество энтропии во Вселенной всегда увеличивается. Энтропия системы есть мера ее беспорядка. Второй закон термодинамики гласит, что Вселенная со временем становится все более упорядоченной. Это означает, что энергия используется не так эффективно, как могла бы быть. Второй закон термодинамики является расширением закона сохранения энергии. Это объясняет, что энергия постоянно теряется. Закон сохранения энергии применим только к замкнутым системам.

Открытая система взаимодействует с окружающей средой. Второй закон термодинамики объясняет, что энергия в открытой системе постоянно передается в окружающую среду. Настолько, что это невозможно для его эффективности на 100%. Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Второй закон термодинамики гласит, что энергия может быть только потеряна.

Основы преобразования энергии и потерь

Энергия может быть преобразована из одного вида в другой. В солнечной панели фотоны света (электромагнитная энергия) преобразуются в электрическую энергию. На электростанции химическая энергия преобразуется в тепловую, а затем в кинетическую энергию, поскольку пар используется для вращения турбины.

Энергия также может быть потеряна. При включении лампы накаливания часть энергии теряется в виде тепла и ультрафиолетового излучения. В большинстве электрических приборов от 10 до 20 процентов электроэнергии теряется в виде тепла. Это явление, называемое потерями, является основной причиной того, что запасы энергии не безграничны.

Резюме

Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена.