Закон за зачувување на енергијата

Законот за зачувување на енергијата — вкупната енергија на изолиран систем останува постојана што се вели да се сочува со текот на времето. Ниту може да биде создадена ниту уништена енергија. Наместо тоа, таа се трансформира од еден облик во друг. На пример, хемиска енергија може да се претвори во кинетичка енергија во експлозија на стап на динамит. Последица на законот на конзервација на енергија е тоа вечен движење машина од првиот вид не може да постои. Тоа е да се каже, не постои систем без надворешен снабдувањето со енергија и да ги достави неограничен износ на енергија на неговата околина.
1 Историја
Од античките филозофи уште Талес од Милет во 550 п.н.е. имаше насетувања за зачувување на некои основни суштината на која е направена сè. Сепак, не постои посебна причина да се идентификуваат ова со она што го знаеме денес како "на масата и енергијата" (на пример, Талес дека тоа е вода). Емпедокле (490-430 п.н.е.), пишува дека во универзална неговиот систем, составен од четири корени (земја, воздух, вода, оган), "ништо не е да се биде или пропаѓа", Наместо тоа, овие елементи страдаат континуирано преуредување.
Во 1605 Simon Stevinus беше во можност да се решат голем број на проблеми во статиката базира на принципот дека постојано движење беше невозможно.
Во 1638, Галилео објавил неколку анализи за неколку ситуации, вклучувајќи го ", го прекина нишалото"-што може да се опише (во современ јазик) како конзервативно, претворање на потенцијална енергија на кинетичка енергија и повторно ќе се врати. Во суштина, тој истакна дека висината на движење на телото се зголемува е еднаква на висината од кои паѓа, и се користи оваа забелешка да заклучиме идејата на инерција. Значајниот аспект на оваа опсервација е дека височина што се движи телото се искачува не зависи од обликот на триење површина која телото се движи по.
Во 1669 година, Кристијан Хајгенс објавени неговите закони на судир. Меѓу количини тој се наведени како непроменлива пред и по судир на тела беа збирот на нивните линеарни momentums како и збирот на нивните кинетички енергии. Сепак, разликата помеѓу еластичен и нееластичен судир, не е разбрана во тоа време. Ова доведе до спор меѓу подоцнежните истражувачи кои од овие конзервирани количини беше повеќе од фундаментално значење. Во неговата Horologium Oscillatorium, тој и даде многу поексплицитни и појасна изјава во врска со висината на искачување на движење на телото, и оваа идеја поврзани со неможноста на постојано движење. студијата на динамиката на нишалото движење Хајгенс "беше врз основа на еден принцип: дека центарот на гравитација на тешки предмети не може да се укине.
Фактот дека кинетичката енергија е скаларна, за разлика од линеарни динамика која е вектор, а со тоа и полесно да се работи со не избега вниманието на Готфрид Вилхелм Лајбниц. Тоа беше во текот на 1676-1689 Лајбниц кој прв обид за математичка формулација на вид на енергија која е поврзана со движење (кинетичка енергија). Користење на работа Хајгенс "судир, Лајбниц забележи дека во многу механички системи (на неколку маси, mi секој со брзина vi),
:<math>\sum_{i} m_i v_i^2</math>:<math>\,\!\sum_{i} m_i v_i</math>
беше конзервиран vis Вива. подоцна се покажа дека и количини се конзервирани во исто време, со оглед на соодветни услови, како што се еластична судир.
Во 1687 година, Исак Њутн го објави својот Принципија, која беше организирана околу концептот на сила и интензитет. Сепак, истражувачите беа брзо да се признае дека принципите утврдени во книгата, а казна за точка масите, не беа доволни за да се справи со движењето на цврсти и течни тела. исто така, се бара некои други принципи.
Законот на конзервација на Вис Вива беше залагаше од страна на татко и син дуо, Јохан и Даниел Бернули. Поранешниот искажани принципот на виртуелна работа како што се користи во статиката во полн севкупност во 1715 година, а подоцна врз основа својата Hydrodynamica, објавена во 1738 година, на овој единствен принцип за заштита. студијата на губење на vis усно на водата што тече на Даниел го наведе да се формулира принципот на Бернули, кој се однесува на загубата е правопропорционален со промената на хидродинамиката притисок. Исто така, Даниел формулиран поимот на работа и ефикасност за хидраулични машини; и тој даде кинетичка теорија на гасови, и се поврзани кинетичката енергија на гас молекули со температура на гасот.
Ова се фокусира на ВИС усно од страна на континентална физичари на крајот доведе до откривање на принципите со кои се регулира стационарност механика, како принцип и Lagrangian на D'Alembert и Hamiltonian формулации на механиката
Емили ду Châtelet (1706 - 1749) се предложени и тестирани на хипотезата за зачувување на вкупната потрошувачка на енергија, за разлика од на интензитет. Инспириран од теориите на Готфрид Лајбниц, повтори таа и публицитет експеримент всушност се создадени од страна на Gravesande Вилем е во 1722 во која топки се избришани од различни височини во лист мека глина. кинетичка енергија секоја топка - како што е наведено од страна на количеството на материјал раселени - се покажа дека е пропорционална со квадратот на брзината. е пронајден на деформација на глина да бидат правопропорционална со висината на топки беа исфрлени од, еднаква на почетната потенцијална енергија. Претходно работници, вклучувајќи Њутн и Волтер, сите веруваа дека "енергија" (колку што тие разбрале што станува збор) не била различна од Хасани и тоа пропорционално на брзината. Според ова разбирање, деформација на глина треба да биде пропорционална на квадратен корен од висина од која топки се избришани од. Во класичната физика точната формула е {\ displaystyle E_ {k} = {\ frac {1} {2 mv ^ {2, каде {\ displaystyle E_ {k е кинетичката енергија на објектот, { \ displaystyle m} неговата маса и {\ displaystyle v} неговата брзина. Врз основа на ова, Châtelet предложи енергија мора секогаш да ги има истите димензии во каква било форма, што е потребно за да може да се однесуваат во различни форми (кинетичка, потенцијал, топлина ...)
Инженери, како што се Џон Smeaton, Петар Еварт, Карл Holtzmann, Густав Адолф-Hirn и Марк Seguin призна дека зачувувањето на импулсот сами по себе не е соодветна за практична пресметка и направи употреба на принципот на Лајбниц. Принципот е исто така се залагаше од страна на некои хемичари како Вилијам Хајд Wollaston. Академици како Џон Playfair беа брзо да се истакне дека кинетичка енергија не е јасно конзервирани. Ова е очигледно за современа анализа врз основа на вториот закон на термодинамиката, но во XVIII и XIX век судбината на изгубената енергија сè уште е непознат.
Инженери, како што се Џон Smeaton, Петар Еварт, Карл Holtzmann, Густав Адолф-Hirn и Марк Seguin призна дека зачувувањето на импулсот сами по себе не е соодветна за практична пресметка и направи употреба на принципот на Лајбниц. Принципот е исто така се залагаше од страна на некои хемичари како Вилијам Хајд Wollaston. Академици како Џон Playfair беа брзо да се истакне дека кинетичка енергија не е јасно конзервирани. Ова е очигледно за современа анализа врз основа на вториот закон на термодинамиката, но во XVIII и XIX век судбината на изгубената енергија сè уште е непознат
:<math>\frac {1} {2}\sum_{i} m_i v_i^2</math>
кои може да се сфати како претворање на кинетичката енергија на работа, во голема мера беше резултат на Гаспар-Гистав Coriolis и Жан-Victor Poncelet во текот на периодот 1819-1839. Поранешниот наречен количина quantité de travail (количина на работа), а вториот, породилни маки mécanique (механичка работа), а и се залагаше за употреба во пресметковното инженерство. Во еден документ Über умре Natur дер Wärme (германски "За природата на топлинска енергија / топлина"), објавен во Zeitschrift für Physik во 1837 година, Карл Фридрих Мор даде една од првите општи извештаи на доктрината за зачувување на енергија во зборовите: "и покрај 54 познати хемиски елементи постои во физичкиот свет само еден агент, и тоа се нарекува Крафт [енергија или работа] Тоа може да се појави, во зависност од околностите, како движење, хемиски афинитет, кохезија, електрична енергија, светлина и. магнетизам и од било кој од овие облици што може да се трансформира во било која од другите.
1.1 Механички еквивалент на топлина
А клучна фаза во развојот на модерната принципот на конзервација беше демонстрација на механички еквивалент на топлина. Калорична теорија тврдеа дека ниту може да биде создадена ниту уништена топлина, додека зачувување на енергија повлекува спротивно начело дека топлината и механичка работа се менливи.
Во 1798 година, грофот Rumford (Бенџамин Томпсон) врши мерења на триење топлината што се создава во здодевни топови и ја развил идејата дека топлината е форма на кинетичка енергија; мерења неговата побива теоријата на калориите, но не беа доволно прецизни за да се остави простор за сомнеж.Во средината на XVIII век Михаил Ломоносов, руски научник, претпоставува неговата corpusculo-кинетичка теорија на топлината, која ги отфрли идејата за калорична. Преку резултатите на емпириски студии, Ломоносов дојде до заклучок дека топлината не се пренесува преку честички на калорична течност.
Принципот на еквивалентност механички го изјави првиот во својата модерна форма од страна на германскиот хирург Јулиј Роберт фон Мајер во 1842 година [1] Мајер достигна својот заклучок на патување на Холандска Источна Индија, каде што покажа дека во крвта на своите пациенти беше подлабоко црвено, бидејќи тие се многу помала потрошувачка на кислород, а со тоа и помалку енергија, да се одржи нивната телесна температура во потопла клима. Тој откри дека топлината и механичка работа беа форми на енергија и во 1845 година, по подобрување на своето знаење на физиката, тој објави монографија во која се вели квантитативна односот помеѓу нив. [2]
Джаул апарат за мерење на механички еквивалент на топлина. Опаѓачки тежина спроведен во низа предизвикува гребло се потопува во вода за да ги ротира.
Во меѓувреме, во 1843 година, Џејмс Прескот Джаул независно го открија механички еквивалент во серија на експерименти. Во повеќето познати, сега се нарекува "Джаул апарат", тежина опаѓачки во прилог на низа предизвикани гребло се потопува во вода за да ги ротира. Тој покажа дека гравитациска потенцијална енергија изгуби од тежината во опаѓачки е еднаква на внатрешниот енергетски стекнато од страна на вода преку триење со гребло.
Во текот на периодот 1840-1843, слична работа се врши од страна на инженерот Лудвиг А. Colding и покрај тоа што бил малку познат надвор од родната Данска. Двете Джаул е и работа Мајер е страдал од отпор и занемарување, но тоа беше Джаул е што на крајот го привлекоа пошироко признавање. За спорот меѓу Джаул и Маер над приоритет, видете механички еквивалент на топлина: приоритет. Во 1844 година, Вилијам Роберт Grove претпоставува односот помеѓу механика, топлина, светлина, електрицитет и магнетизам третирајќи ги сите како манифестации на еден "сила" (енергија во модерната смисла). Во 1874 година, Grove објавени неговите теории во својата книга Корелација на телесни сили. [1] Во 1847 година, врз основа на претходната работа на Джаул, Сади Карно и Емил Clapeyron, Херман фон Хелмхолц пристигна во заклучоците слични на честакот и објавени неговите теории во својата книга Über умре Erhaltung дер Крафт (за заштита на силите, 1847). [2 ] Општата модерна прифаќање на принципот произлегува од оваа публикација. Во 1850 година, Вилијам Rankine првпат се користи фразата законот на конзервација на енергија за принцип. [3]
Во 1877 година, Питер Гатри Tait тврди дека принципот потекнува од сер Исак Њутн, врз основа на креативното читање на исказите 40 и 41 од Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Ова е сега се смета како пример за историја Виговците.