Закон сохранения энергии

Важно понимать, что закон сохранения энергии применим только к замкнутым или изолированным системам, где нет обмена энергией с внешней средой. В реальном мире многие системы не являются полностью изолированными, но закон сохранения энергии остается важным инструментом для анализа физических процессов.

Примеры применения закона сохранения энергии

• Механическая энергия: В механике общая энергия (сумма кинетической и потенциальной энергии) в замкнутой системе сохраняется. Например, при свободном падении объекта его потенциальная энергия уменьшается, но кинетическая энергия увеличивается на такую же величину.
• Термодинамика: В термодинамике закон сохранения энергии часто выражается через первый закон термодинамики, который утверждает, что изменение внутренней энергии системы равно сумме теплопередачи в систему и работы, совершенной над системой.
• Электромагнетизм: В электродинамике энергия электромагнитного поля сохраняется, и она может преобразовываться в другие формы энергии, например, в тепло или механическую работу.

Работа, проделанная над телом, производит изменения его кинетической и потенциальной энергии. Следовательно, количество работы равно изменению его содержания энергии. Так как работа изменяет его уровень энергии, энергию можно определить как количество работы, которая содержится в веществе. Например, всякий раз, когда работа придает телу движение, изменяет его направление или форму, часть работы преобразуется в энергию, которая сохраняется в его молекулярной структуре. Ее можно использовать позже. В дополнение к этим внешним, или механическим, видам энергии, тело также обладает энергией во множестве внутренних форм. Внутренняя энергия сохраняется в молекулярной структуре вещества, и при некоторых обстоятельствах она освобождается и производит работу. Электрическая, химическая, тепловая и ядерная энергия — это виды внутренней энергии, которые вносят вклад в общее содержание энергии в веществе.

На фото Закон сохранения энергии

Работа, внешняя энергия и внутренняя энергия взаимозаменяемы. Независимо от того, какой вид энергии сохранен в теле, все они взаимозаменяемы, их можно преобразовать из одного вида в другой в результате различных процессов. Например, электрическую энергию можно преобразовать в тепловую в нагревателе картера компрессора, в элементах тепловой перегрузки стартера двигателя или в лампе накаливания. Электрическая энергия также преобразуется в механическую в электрических двигателях, соленоидах, катушках реле и подобных электромеханических устройствах.

Термодинамика — это изучение связанных с энергией свойств вещества и процессов. В частности, термодинамика определяет количество изменений энергии, которые происходят при передаче теплоты от одного тела к другому. Ее также интересуют изменения, которые происходят при преобразовании теплоты в работу. Некоторые процессы нашли применение в области отопления, холодильной техники и кондиционирования воздуха и изменяют внутреннюю энергию вещества — сжатие и расширение паров, изменение состояния от твердого до жидкого и от жидкого до пара, горение топлива и теплообмен. В следующем разделе описаны свойства и процессы, связанные с изменением внутренней энергии вещества. Данная информация важна для развития понимания процессов, которые происходят в цикле охлаждения.

Закон сохранения кинетической энергии

Этот закон часто применяется в механике, особенно в изучении столкновений:

• Упругие столкновения: В упругих столкновениях как кинетическая энергия, так и импульс системы сохраняются. Примером могут служить сталкивающиеся бильярдные шары, где суммарная кинетическая энергия до и после столкновения одинакова.
• Неупругие столкновения: В неупругих столкновениях сохраняется общий импульс, но кинетическая энергия не сохраняется. Часть энергии преобразуется в другие формы, например, в тепло или внутреннюю энергию деформированных тел. Пример — столкновение автомобилей, при котором они деформируются.