Mẹo Hướng dẫn Ứng dụng của định luật bảo toàn năng lượng 2022
Bùi Quỳnh Anh đang tìm kiếm từ khóa Ứng dụng của định luật bảo toàn năng lượng được Update vào lúc : 2022-08-17 05:14:03 . Với phương châm chia sẻ Bí quyết về trong nội dung bài viết một cách Chi Tiết 2022. Nếu sau khi Read tài liệu vẫn ko hiểu thì hoàn toàn có thể lại phản hồi ở cuối bài để Mình lý giải và hướng dẫn lại nha.Năng lượng là thuộc tính cơ bản của vật chất, đặc trưng cho mức độ vận động của vật chất. Năng lượng có rất nhiều dạng, tương ứng với những hình thức vận động rất khác nhau của vật chất: Cơ năng, nhiệt năng, điện năng, quang năng, hóa năng, …
Nội dung chính- Phát biểu định luậtÝ nghĩa của định luật bảo toàn năng lượngQuan hệ giữa năng lượng và công Kiến thức tham khảoMục lụcLịch sửSửa đổiTương đương cơ học của nhiệtSửa đổiTương đương năng lượng khối lượngSửa đổiBảo toàn năng lượng trong phân rã betaSửa đổiĐịnh luật đầu tiên của nhiệt động lực họcSửa đổiĐịnh lý NoetherSửa đổiThuyết tương đốiSửa đổiXem thêmSửa đổiTham khảoSửa đổiLiên kết ngoàiSửa đổiVideo liên quan
Năng lượng tồn tại ở nhiều dạng rất khác nhau như nhiệt, âm thanh, ánh sáng, hoạt động và sinh hoạt giải trí… Tuy nhiên, trong chương trình vật lý THPT năng lượng được phân thành 2 dạng đó đó là: động năng và thế năng.
Theo Einstein, một vật có khối lượng m sẽ tương ứng với năng lượng E: E = mc² (đơn vị đo năng lượng là J – jun) với hằng số c = 3.10^8 m/s.
Đơn vị của năng lượngĐơn vị năng lượng là: Jun (J), Oát – giơ (Wh), Kwh…
Hệ cô lập là gì?Hệ cô lập là một hệ không trao đổi năng lượng với môi trường tự nhiên thiên nhiên qua biên giới của hệ.
Hệ không cô lập về năng lượng là một hệ có trao đổi năng lượng với môi trường tự nhiên thiên nhiên qua biên giới của nó. Một hệ không cô lập sẽ tương tác với môi trường tự nhiên thiên nhiên. Một vật bị tác dụng lực là một ví dụ của hệ không cô lập.
Phát biểu định luật
Năng lượng của hệ cô lập thì không đổi: E = const
Suy rộng ra trong toàn vũ trụ:
Đối với hệ cô lập, năng lượng của hệ được bảo toàn hay năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác hay từ hệ này sang hệ khác.
Ý nghĩa của định luật bảo toàn năng lượng
- Phản ánh một tính chất bất diệt của vật chất – đó là sự việc vận động.Không thể có một hệ nào sinh công mãi mãi mà không sở hữu và nhận thêm năng lượng từ bên phía ngoài. Nói cách khác, không tồn tại động cơ vĩnh cửu.Có phạm vi áp dụng rộng nhất (là định luật vũ trụ).
Quan hệ giữa năng lượng và công
Một hệ cơ học sẽ trao đổi năng lượng với bên phía ngoài thông qua công: E2 – E1 = A
Vậy công là số đo năng lượng mà hệ trao đổi với bên phía ngoài. Ta có quy ước:
- Hệ nhận công khi A > 0Hệ sinh công khi A < 0 Nếu hệ không tương tác với môi trường tự nhiên thiên nhiên ngoài thì năng lượng của hệ được bảo toàn A = 0
Bạn hoàn toàn có thể tìm làm rõ ràng về công và hiệu suất tại nội dung bài viết: Kiến thức tổng hợp về Công và Công suất!
Kiến thức tham khảo
Định luật tham khảo: Định luật bảo toàn động lượng Định luật bảo toàn cơ năng
Bài viết liên quan: Định luật bảo toàn khối lượng
Bài viết liên quan: Định luật Newton
Bài viết liên quan: Định luật vạn vật mê hoặc của Newton
Bài viết tham khảo: Định luật Kirchhoff 1 + 2
Bài viết tham khảo: Định luật Ohm
Chuyên mục tham khảo: Vật lý học
Nếu những bạn có bất kể thắc mắc vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!
Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho hiệp hội!
Youtobe Meta
Trong vật lý và hóa học, định luật bảo toàn năng lượng nói rằng tổng năng lượng của một hệ cô lập là không đổi; tức là nó được bảo toàn theo thời gian.[1] Định luật này được đề xuất và thử nghiệm đầu tiên bởi Émilie du Châtelet. Ý nghĩa của nó là năng lượng không thể được tạo ra cũng như không thể bị phá hủy; thay vào đó, nó chỉ hoàn toàn có thể được biến hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc quy đổi từ vật này sang vật khác (hoặc cả hai). Ví dụ, năng lượng hóa học được quy đổi thành động năng khi một thanh thuốc nổ phát nổ. Nếu thêm vào đó tất cả những dạng năng lượng được giải phóng trong vụ nổ, ví dụ như động năng và thế năng của những mảnh vỡ, cũng như nhiệt và âm thanh, người ta sẽ nhận được đúng chuẩn sự giảm năng lượng hóa học trong quá trình đốt cháy chất nổ. Theo vật lý cổ xưa, bảo toàn năng lượng khác với bảo toàn khối lượng; tuy nhiên, thuyết tương đối đặc biệt đã cho tất cả chúng ta biết khối lượng có liên quan đến năng lượng, và ngược lại, bởi phương trình E=mc2, và khoa học lúc bấy giờ nhận định rằng toàn bộ năng-khối-lượng được bảo toàn. Về mặt lý thuyết, điều này ý niệm rằng bất kỳ vật thể nào có khối lượng đều hoàn toàn có thể tự quy đổi thành năng lượng thuần túy và ngược lại, tuy nhiên điều này được cho là chỉ hoàn toàn có thể xảy ra trong điều kiện khắc nghiệt nhất của vật chất, như (đã) hoàn toàn có thể tồn tại trong vũ trụ ngay sau Vụ Nổ lớn hoặc khi lỗ đen phát ra bức xạ Hawking.
Gottfried Leibniz
Thực tế là động năng là vô hướng, không in như động lượng tuyến tính là một vectơ, và do đó thuận tiện và đơn giản thao tác hơn đã không thoát khỏi sự để ý quan tâm của Gottfried Wilhelm Leibniz. Đó là Leibniz trong trong năm 1676-1689, người đầu tiên đã thử một công thức toán học của loại năng lượng được link với hoạt động và sinh hoạt giải trí (động năng). Sử dụng công Huygens' va chạm, Leibniz nhận thấy rằng trong nhiều khối mạng lưới hệ thống cơ khí (một số trong những vật có khối lượng, mi mỗi với vận tốc vi),
∑ i m i v i 2 displaystyle sum _im_iv_i^2
được bảo toàn miễn là những vật không tương tác. Ông gọi số lượng này là vis viva hoặc lực lượng sống của khối mạng lưới hệ thống. Nguyên tắc này thể hiện một tuyên bố đúng chuẩn về sự bảo toàn gần đúng của động năng trong những tình huống không còn ma sát. Nhiều nhà vật lý tại thời điểm đó, như Newton, nhận định rằng việc bảo toàn động lượng được duy trì trong cả trong những hệ có ma sát, như được xác định bởi động lượng:
∑ i m i v i displaystyle ,!sum _im_iv_i
là vis viva được bảo toàn. Sau đó, người ta đã chứng tỏ rằng cả hai đại lượng được bảo toàn đồng thời, với những điều kiện thích hợp như va chạm đàn hồi.
Năm 1687, Isaac Newton xuất bản cuốn Principia của ông, được viết xoay quanh khái niệm lực và động lượng. Tuy nhiên, những nhà nghiên cứu và phân tích đã nhanh gọn nhận ra rằng những nguyên tắc được nêu trong cuốn sách, trong khi tốt cho khối lượng điểm, không đủ để xử lý và xử lý những hoạt động và sinh hoạt giải trí sinh hoạt của vật thể rắn và lỏng. Một số nguyên tắc khác cũng khá được yêu cầu.
Daniel Bernoulli
Định luật bảo toàn vis viva đã được phát biểu do cặp đôi bạn trẻ cha con, Johann và Daniel Bernoulli. Người cha đã đưa ra nguyên tắc của công ảo như được sử dụng trong những thống kê trong toàn bộ năm 1715, trong khi người con nhờ vào Hydrodynamica, được xuất bản năm 1738, theo nguyên tắc bảo toàn duy nhất này. Nghiên cứu của Daniel về việc mất đi vis viva của làn nước chảy đã khiến ông xây dựng nguyên tắc Bernoulli, liên quan đến sự mất mát tỷ lệ thuận với sự thay đổi của áp lực thủy động lực học. Daniel cũng hình thành khái niệm về việc làm và hiệu suất cao cho máy thủy lực; và ông đã đưa ra một lý thuyết động học về chất khí và link động năng của những phân tử khí với nhiệt độ của khí.
Sự tập trung vào vis viva của những nhà vật lý lục địa ở đầu cuối đã dẫn đến việc phát hiện ra những nguyên tắc điều khiển cơ học tĩnh, như nguyên tắc D'Alembert, cơ học Lagrange và cơ học Hamilton.
Emilie du Chatelet
Émilie du Châtelet (1706 - 1749) đã đề xuất và thử nghiệm giả thuyết bảo toàn tổng năng lượng, khác với động lượng. Lấy cảm hứng từ những lý thuyết của Gottfried Leibniz, cô đã lặp lại và công khai minh bạch một thí nghiệm ban đầu được phát minh bởi Gravesande của Willem vào năm 1722, trong đó những quả bóng được thả từ những độ cao rất khác nhau vào một tấm đất sét mềm. Động năng của mỗi quả bóng - được biểu thị bằng số lượng vật chất bị dịch chuyển - được hiển thị tỷ lệ với bình phương vận tốc. Sự biến dạng của đất sét đã được tìm thấy tỷ lệ thuận với độ cao mà từ đó những quả bóng được thả xuống, bằng với năng lượng tiềm năng ban đầu. Các công nhân trước đó, gồm có Newton và Voltaire, đều tin rằng "năng lượng" (theo như họ hiểu khái niệm này) không khác lạ với động lượng và do đó tỷ lệ thuận với vận tốc. Theo cách hiểu này, sự biến dạng của đất sét phải tỷ lệ thuận với căn bậc hai của độ cao mà từ đó những quả bóng được thả xuống. Trong vật lý cổ xưa công thức đúng là E k = 1 2 m v 2 displaystyle E_k=frac 12mv^2 , Ở đâu E k displaystyle E_k là động năng của một vật, m displaystyle m khối lượng của nó và v displaystyle v tốc độ của nó. Trên cơ sở này, du Châtelet đề xuất rằng năng lượng phải luôn có cùng kích thước dưới mọi hình thức, điều thiết yếu để hoàn toàn có thể link nó dưới những hình thức rất khác nhau (động học, thế năng, nhiệt lượng).[10][11]
Các kỹ sư như John Smeaton, Peter Ewart, Carl Holtzmann, Gustave-Adolphe Hirn và Marc Seguin nhận ra rằng bảo toàn động lượng một mình là không đủ để tính toán thực tế và sử dụng nguyên tắc của Leibniz. Nguyên tắc này cũng khá được một số trong những nhà hóa học như William Hyde Wollaston chỉ ra. Các học giả như John Playfair đã nhanh gọn chỉ ra rằng động năng rõ ràng không được bảo toàn. Điều này là hiển nhiên đối với một phân tích tân tiến nhờ vào định luật nhiệt động lực học thứ hai, nhưng trong thế kỷ 18 và 19, số phận của năng lượng bị mất vẫn không được biết.
Dần dần, người ta nghi ngờ rằng sức nóng chắc như đinh được tạo ra bởi hoạt động và sinh hoạt giải trí dưới ma sát là một dạng khác của vis viva. Năm 1783, Antoine Lavoisier và Pierre-Simon Laplace đã xem xét hai lý thuyết đối đầu đối đầu của lý thuyết vis viva và caloric.[12] Các quan sát về sự sinh nhiệt năm 1798 của Rumford trong quá trình nhàm chán của pháo đã tăng thêm trọng lượng cho quan điểm rằng hoạt động và sinh hoạt giải trí cơ học hoàn toàn có thể được chuyển thành nhiệt và (quan trọng là) quy đổi là định lượng và hoàn toàn có thể Dự kiến được (được cho phép hằng số quy đổi phổ quát giữa động năng và nhiệt). Vis viva sau đó khởi đầu được gọi là năng lượng, sau khi thuật ngữ này lần đầu tiên được Thomas Young sử dụng theo nghĩa đó vào năm 1807.
Gaspard-Gustave Coriolis
Việc hiệu chỉnh lại vis viva thành
1 2 ∑ i m i v i 2 displaystyle frac 12sum _im_iv_i^2
hoàn toàn có thể hiểu là quy đổi động năng sang công, phần lớn là kết quả của Gaspard-Gustave Coriolis và Jean-Victor Poncelet trong quá trình 1819-1839. Cái trước gọi là quantité de travail (số lượng việc làm) và cái sau, travail mécanique (việc làm cơ khí), và cả hai đều tập trung sử dụng nó trong tính toán kỹ thuật.
Trong một bài báo Über die Natur der Wärme (tiếng Đức "Về bản chất của nhiệt"), được xuất bản trên tờ Zeitschrift für Physik năm 1837, Karl Friedrich Mohr đã đưa ra một trong những tuyên bố chung đầu tiên về học thuyết bảo toàn năng lượng bằng từ ngữ: "ngoài 54 nguyên tố hóa học đã biết, chỉ có một tác nhân trong thế giới vật lý, và đây được gọi là Kraft [năng lượng hoặc công]. Nó hoàn toàn có thể xuất hiện, tùy theo thực trạng, như hoạt động và sinh hoạt giải trí, ái lực hóa học, sự link, điện, ánh sáng và từ tính; và từ bất kỳ một trong những hình thức này, nó hoàn toàn có thể được quy đổi thành bất kỳ hình thức nào khác. "
Tương đương cơ học của nhiệtSửa đổi
Một quá trình quan trọng trong sự phát triển của nguyên tắc bảo toàn tân tiến là trình diễn sự tương đương cơ học của nhiệt. Lý thuyết nhiệt lượng duy trì rằng nhiệt không thể được tạo ra cũng như không biến thành phá hủy, trong khi bảo toàn năng lượng đòi hỏi nguyên tắc trái ngược là nhiệt và công cơ học hoàn toàn có thể thay thế lẫn nhau.
Vào thời điểm giữa thế kỷ thứ mười tám, Mikhail Lomonosov, một nhà khoa học người Nga, đã đưa ra giả thuyết về nhiệt động lực học của tớ, đã bác bỏ ý tưởng về nhiệt lượng. Thông qua kết quả nghiên cứu và phân tích thực nghiệm, Lomonosov đã đi đến kết luận rằng nhiệt không được truyền qua những hạt của chất lỏng nhiệt.
Năm 1798, Bá tước Rumford (Benjamin Thompson) đã thực hiện những phép đo nhiệt ma sát sinh ra trong những khẩu súng và phát triển ý tưởng rằng nhiệt là một dạng của động năng; những phép đo của ông đã bác bỏ lý thuyết nhiệt lượng, nhưng không đủ đúng chuẩn để phản bác những nghi ngờ.
James Prescott Joule
Nguyên lý tương đương cơ học lần đầu tiên được bác sĩ phẫu thuật người Đức Julius Robert von Mayer đưa ra dưới dạng tân tiến vào năm 1842.[13] Mayer đã đưa ra kết luận này trong chuyến du ngoạn đến Đông Ấn Hà Lan, nơi ông thấy rằng máu của bệnh nhân của tớ có red color thẫm hơn vì họ tiêu thụ ít oxy hơn và do đó ít năng lượng hơn để duy trì nhiệt độ khung hình trong điều kiện khí hậu nóng hơn. Ông phát hiện ra rằng nhiệt và công cơ học là cả hai dạng năng lượng và vào năm 1845, sau khi nâng cao kiến thức và kỹ năng về vật lý, ông đã xuất bản một chuyên khảo về quan hệ định lượng giữa chúng.[14]
Thiết bị của Joule để đo tương đương cơ học của nhiệt. Một trọng lượng giảm dần gắn sát với một chuỗi làm cho một mái chèo chìm trong nước để xoay.
Trong khi đó, vào năm 1843, James Prescott Joule đã độc lập phát hiện ra sự tương đương cơ học trong một loạt những thí nghiệm. Trong nổi tiếng nhất, giờ đây được gọi là "cỗ máy Joule", trọng lượng giảm dần gắn sát với một chuỗi đã khiến một mái chèo chìm trong nước xoay. Ông đã chỉ ra rằng năng lượng mê hoặc bị mất bởi trọng lượng giảm dần bằng với năng lượng bên trong mà nước thu được thông qua ma sát với mái chèo.
Trong quá trình 1840-1843, việc làm tương tự được thực hiện bởi kỹ sư Ludwig A. Cold, tuy nhiên nó ít được nghe biết bên phía ngoài quê hương Đan Mạch của ông.
Khám phá của Joule và Mayer đều bị kháng cự và bỏ mặc nhưng mày mò của Joule ở đầu cuối đã thu hút được sự công nhận rộng rãi hơn.
Năm 1844, William Robert Grove đã đưa ra quan hệ giữa cơ học, nhiệt, ánh sáng, điện và từ tính bằng phương pháp coi tất cả chúng là biểu lộ của một "lực" (năng lượng theo thuật ngữ tân tiến). Năm 1846, Grove công bố lý thuyết của tớ trong cuốn sách Tương quan lực lượng vật lý.[15] Năm 1847, nhờ vào tác phẩm trước đó của Joule, Sadi Carnot và Émile Clapeyron, Hermann von Helmholtz đã đưa ra kết luận tương tự như Grove và công bố lý thuyết của tớ trong cuốn sách Über die Erhaltung der Kraft (On the Conservation of Force, 1847).[16] Sự đồng ý tân tiến nói chung của nguyên tắc tương đương cơ học bắt nguồn từ ấn phẩm này.
Năm 1850, William Rankine lần đầu tiên sử dụng cụm từ định luật bảo toàn năng lượng cho nguyên tắc này.[17]
Năm 1877, Peter Guthrie Tait tuyên bố rằng nguyên tắc này bắt nguồn từ Isaac Newton, nhờ vào một bài đọc sáng tạo về những mệnh đề 40 và 41 của Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Điều này hiện được xem là một ví dụ về lịch sử Whig.[18]
Tương đương năng lượng khối lượngSửa đổi
Vật chất gồm có những nguyên tử và những gì tạo nên những nguyên tử. Vật chất có khối lượng nội tại hoặc khối lượng nghỉ. Trong phạm vi hạn chế của kinh nghiệm tay nghề được công nhận của thế kỷ XIX, người ta thấy rằng phần còn sót lại như vậy được bảo toàn. Lý thuyết tương đối đặc biệt năm 1905 của Einstein đã chỉ ra rằng khối lượng nghỉ tương ứng với một lượng năng lượng nghỉ tương đương. Điều này nghĩa là khối lượng nghỉ hoàn toàn có thể được quy đổi thành hoặc từ những dạng năng lượng (phi vật chất) tương đương, ví dụ như động năng, thế năng và năng lượng bức xạ điện từ. Khi điều này xảy ra, như được công nhận trong kinh nghiệm tay nghề thế kỷ XX, khối lượng nghỉ không được bảo toàn, không in như tổng khối lượng hoặc tổng năng lượng. Tất cả những dạng năng lượng đóng góp vào tổng khối lượng và tổng năng lượng.
Ví dụ, mỗi electron và positron đều có khối lượng nghỉ. Chúng hoàn toàn có thể diệt vong cùng nhau, quy đổi năng lượng nghỉ phối hợp của chúng thành những photon có năng lượng bức xạ điện từ, nhưng không còn khối lượng nghỉ. Nếu điều này xảy ra trong một hệ cô lập không giải phóng những photon hoặc năng lượng của chúng ra môi trường tự nhiên thiên nhiên bên phía ngoài, thì tổng khối lượng cũng như tổng năng lượng của hệ sẽ không thay đổi. Năng lượng bức xạ điện từ được tạo ra đóng góp tương đương với quán tính (và bất kỳ trọng lượng nào) của khối mạng lưới hệ thống cũng như khối lượng còn sót lại của electron và positron trước khi chúng bị phá hủy. Tương tự như vậy, những dạng năng lượng phi vật chất hoàn toàn có thể bị tiêu diệt thành vật chất, có khối lượng nghỉ.
Do đó, bảo toàn năng lượng (tổng, gồm có cả năng lượng vật chất hoặc năng lượng nghỉ) và bảo toàn khối lượng (năng lượng tổng, không riêng gì có năng lượng nghỉ), mỗi cái vẫn giữ như một định luật (tương đương). Trong thế kỷ 18, những điều này đã xuất hiện như hai định luật dường như khác lạ.
Bảo toàn năng lượng trong phân rã betaSửa đổi
Phát hiện vào năm 1911 rằng những electron phát ra trong phân rã beta có liên tục chứ không phải là phổ rời rạc có vẻ như xích míc với bảo toàn năng lượng, theo giả định hiện tại rằng phân rã beta là sự việc phát xạ đơn giản của electron từ hạt nhân.[19][20] việc này ở đầu cuối đã được xử lý và xử lý vào năm 1933 bởi Enrico Fermi, người đã đề xuất mô tả đúng chuẩn về sự phân rã beta vì sự phát xạ của tất cả electron và antineutrino, mang theo năng lượng bị thiếu rõ ràng.[21][22]
Định luật đầu tiên của nhiệt động lực họcSửa đổi
Đối với một khối mạng lưới hệ thống nhiệt động khép kín, định luật nhiệt động lực học đầu tiên hoàn toàn có thể được nêu là:
δ Q. = d U + δ W displaystyle delta Q.=mathrm d U+delta W hoặc tương đương d U = δ Q. − δ W , displaystyle mathrm d U=delta Q.-delta W,
trong đó δ Q. displaystyle delta Q. là lượng năng lượng được thêm vào khối mạng lưới hệ thống bằng một quá trình gia nhiệt, δ W displaystyle delta W là lượng năng lượng bị mất bởi khối mạng lưới hệ thống do công được thực hiện bởi khối mạng lưới hệ thống trên môi trường tự nhiên thiên nhiên xung quanh và d U displaystyle mathrm d U là sự việc thay đổi năng lượng bên trong của khối mạng lưới hệ thống.
Các before trước những thuật ngữ nhiệt và việc làm được sử dụng để chỉ ra rằng chúng mô tả sự ngày càng tăng năng lượng sẽ được lý giải hơi khác so với d U displaystyle mathrm d U sự ngày càng tăng của năng lượng bên trong (xem sự khác lạ không đúng chuẩn). Công việc và nhiệt liên quan đến nhiều chủng loại quy trình thêm hoặc bớt năng lượng vào hoặc từ một khối mạng lưới hệ thống, trong khi năng lượng bên trong U displaystyle U là một tính chất của một trạng thái rõ ràng của khối mạng lưới hệ thống khi nó ở trạng thái cân đối nhiệt động không thay đổi. Do đó, thuật ngữ "năng lượng nhiệt" cho δ Q. displaystyle delta Q. nghĩa là "lượng năng lượng được thêm vào như thể kết quả của việc sưởi ấm" thay vì đề cập đến một dạng năng lượng rõ ràng. Tương tự như vậy, thuật ngữ "năng lượng thao tác" cho δ W displaystyle delta W nghĩa là "lượng năng lượng bị mất là kết quả của việc làm". Do đó, người ta hoàn toàn có thể nói rằng lượng năng lượng bên trong được sở hữu bởi một khối mạng lưới hệ thống nhiệt động mà người ta biết hiện giờ đang ở một trạng thái nhất định, nhưng người ta không thể biết, chỉ từ kiến thức và kỹ năng về trạng thái hiện tại, bao nhiêu năng lượng trong quá khứ đã chảy vào hoặc thoát ra khối mạng lưới hệ thống là kết quả của việc nó được làm nóng hoặc làm mát, cũng như kết quả của việc làm được thực hiện trên hoặc bởi khối mạng lưới hệ thống.
Entropy là một hiệu suất cao của trạng thái của một khối mạng lưới hệ thống cho biết thêm thêm những hạn chế về kĩ năng quy đổi nhiệt sang công.
Đối với một khối mạng lưới hệ thống nén đơn giản, việc làm được thực hiện bởi khối mạng lưới hệ thống hoàn toàn có thể được viết thành:
δ W = P d V , displaystyle delta W=P,mathrm d V,
trong đó P displaystyle P là áp lực và d V displaystyle dV là một thay đổi nhỏ trong khối lượng của khối mạng lưới hệ thống, mỗi biến là những biến khối mạng lưới hệ thống. Trong trường hợp giả tưởng trong đó quá trình được lý tưởng hóa và vô cùng chậm, để được gọi là bán tĩnh, và được xem là hoàn toàn có thể đảo ngược, nhiệt được truyền từ một nguồn có nhiệt độ vô cùng cao hơn nhiệt độ khối mạng lưới hệ thống, sau đó năng lượng nhiệt hoàn toàn có thể được viết thành
δ Q. = T d S , displaystyle delta Q.=T,mathrm d S,
Ở đâu T displaystyle T là nhiệt độ và d S displaystyle mathrm d S là một thay đổi nhỏ trong entropy của khối mạng lưới hệ thống. Nhiệt độ và entropy là những biến trạng thái của một khối mạng lưới hệ thống.
Nếu một khối mạng lưới hệ thống mở (trong đó khối lượng hoàn toàn có thể được trao đổi với môi trường tự nhiên thiên nhiên) có một số trong những bức tường sao cho việc chuyển khối qua những bức tường cứng tách biệt với nhiệt và chuyển việc làm, thì luật đầu tiên hoàn toàn có thể được viết:[23]
d U = δ Q. − δ W + u ′ d M , displaystyle mathrm d U=delta Q.-delta W+u',dM,,
trong đó d M displaystyle dM là khối lượng được thêm vào và u ′ displaystyle u' là năng lượng bên trong trên một đơn vị khối lượng của khối lượng được thêm vào, được đo trong môi trường tự nhiên thiên nhiên xung quanh trước quá trình.
Định lý NoetherSửa đổi
Emmy Noether (1882-1935) là một nhà toán học có ảnh hưởng được nghe biết với những đóng góp đột phá của bà cho đại số trừu tượng và vật lý lý thuyết.
Việc bảo toàn năng lượng là một đặc điểm phổ biến trong nhiều lý thuyết vật lý. Từ quan điểm toán học, nó được hiểu là hệ quả của định lý Noether, được Emmy Noether phát triển vào năm 1915 và xuất bản lần đầu tiên vào năm 1918. Định lý nêu mọi đối xứng liên tục của một lý thuyết vật lý có một đại lượng bảo toàn liên quan; nếu tính đối xứng của lý thuyết là không bao giờ thay đổi theo thời gian thì đại lượng được bảo toàn được gọi là "năng lượng". Định luật bảo toàn năng lượng là hệ quả của sự việc đối xứng dịch chuyển của thời gian; bảo toàn năng lượng được ý niệm bởi thực tế thực nghiệm rằng những định luật vật lý không thay đổi theo thời gian. Về mặt triết học, điều này hoàn toàn có thể được tuyên bố là "không còn gì phụ thuộc vào thời gian mỗi lần". Nói cách khác, nếu khối mạng lưới hệ thống vật lý không bao giờ thay đổi dưới sự đối xứng liên tục của dịch thời gian thì năng lượng của nó (là đại lượng phối hợp chính tắc với thời gian) được bảo toàn. trái lại, những khối mạng lưới hệ thống không không bao giờ thay đổi theo thời gian (ví dụ, những khối mạng lưới hệ thống có năng lượng tiềm năng phụ thuộc thời gian) không thể hiện sự bảo toàn năng lượng - trừ khi tất cả chúng ta xem xét chúng để trao đổi năng lượng với khối mạng lưới hệ thống khác, khối mạng lưới hệ thống bên phía ngoài để lý thuyết về khối mạng lưới hệ thống mở rộng trở thành không bao giờ thay đổi thời gian một lần nữa. bảo toàn năng lượng cho những hệ hữu hạn có mức giá trị trong những lý thuyết vật lý như thuyết tương đối đặc biệt và lý thuyết lượng tử (gồm có cả QED) trong không khí phẳng.
Thuyết tương đốiSửa đổi
Với việc phát hiện ra thuyết tương đối đặc biệt của Henri Poincaré và Albert Einstein, năng lượng được đề xuất là một thành phần của một vectơ 4 động lượng năng lượng. Mỗi trong bốn thành phần (một năng lượng và ba động lượng) của vectơ này được bảo toàn riêng biệt theo thời gian, trong bất kỳ hệ kín nào, như được thấy từ bất kỳ hệ qui chiếu quán tính nào. Cũng được bảo toàn là chiều dài vectơ (chỉ tiêu Minkowski), là phần còn sót lại của những hạt đơn lẻ và khối lượng không bao giờ thay đổi cho những hệ hạt (trong đó mô men và năng lượng được tính riêng trước khi độ dài được tính toán xem bài báo về khối lượng không bao giờ thay đổi).
Năng lượng tương đối tính của một hạt lớn duy nhất chứa một thuật ngữ liên quan đến khối lượng nghỉ của nó cạnh bên động năng của hoạt động và sinh hoạt giải trí. Trong số lượng giới hạn của động năng bằng không (hoặc tương đương trong hệ qui chiếu nghỉ) của một hạt lớn, hoặc trong hệ qui chiếu tâm động lượng cho những vật hoặc hệ có động năng, tổng năng lượng của hạt hoặc vật (kể cả động năng nội tại của hệ) có liên quan đến khối lượng nghỉ của nó hoặc khối lượng không bao giờ thay đổi của nó thông qua phương trình nổi tiếng E = m c 2 displaystyle E=mc^2 .
Do đó, quy luật bảo toàn năng lượng theo thời gian trong thuyết tương đối đặc biệt tiếp tục được duy trì, miễn là hệ qui chiếu của người xem không thay đổi. Điều này áp dụng cho tổng năng lượng của những khối mạng lưới hệ thống, tuy nhiên những nhà quan sát rất khác nhau khước từ với giá trị năng lượng. Cũng được bảo toàn và không bao giờ thay đổi đối với tất cả những nhà quan sát, là khối lượng không bao giờ thay đổi, là khối lượng và năng lượng khối mạng lưới hệ thống tối thiểu mà bất kỳ người xem nào hoàn toàn có thể nhìn thấy, và được xác định bởi quan hệ xung lượng năng lượng.
Trong thuyết tương đối rộng, bảo toàn động lượng của năng lượng không được xác định rõ trừ một số trong những trường hợp đặc biệt. Động lượng năng lượng thường được biểu thị với sự trợ giúp của một giả hành vi lực căng thẳng mệt mỏi. Tuy nhiên, vì những giả ngẫu nhiên không phải là tenxơ, chúng không biến hóa sạch Một trong những hệ qui chiếu. Nếu số liệu đang xem xét là tĩnh (nghĩa là không thay đổi theo thời gian) hoặc phẳng phiu không còn triệu chứng (nghĩa là ở một khoảng chừng cách vô tận cách xa không thời gian trông trống rỗng), thì bảo toàn năng lượng không còn những cạm bẫy lớn. Trong thực tế, một số trong những số liệu như chỉ số Friedmann về Lemaîtreọt Robertsonifer Walker không thỏa mãn những hạn chế này và bảo toàn năng lượng không được xác định rõ.[24] Lý thuyết tương đối rộng để lại thắc mắc liệu có sự bảo toàn năng lượng cho toàn bộ vũ trụ hay là không.
Xem thêmSửa đổi
- Động cơ vĩnh cửu
Định luật không nhiệt động lực học
Định luật hai nhiệt động lực học
Tham khảoSửa đổi
^ Richard Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol I. Addison Wesley. ISBN978-0 -201-02115-8. ^ Planck, M. (1923/1927). Treatise on Thermodynamics, third English edition translated by A. Ogg from the seventh German edition, Longmans, Green & Co., London, page 40. ^ Witten, Edward (1981). “A new proof of the positive energy theorem” (PDF). Communications in Mathematical Physics. 80 (3): 381–402. Bibcode:1981CMaPh..80..381W. doi:10.1007/BF01208277. ISSN0010-3616. Bản gốc (PDF) tàng trữ ngày 25 tháng 11 năm 2022. Truy cập ngày một tháng 8 năm 2022. ^ Grossman, Lisa (ngày 18 tháng 1 năm 2012). “Death-defying time crystal could outlast the universe”. newscientist.com. New Scientist. Bản gốc tàng trữ ngày 2 tháng 2 năm 2022. ^ Cowen, Ron (ngày 27 tháng 2 năm 2012). “"Time Crystals" Could Be a Legitimate Form of Perpetual Motion”. scientificamerican.com. Scientific American. Bản gốc tàng trữ ngày 2 tháng 2 năm 2022. ^ Powell, Devin (2013). “Can matter cycle through shapes eternally?”. Nature. doi:10.1038/nature.2013.13657. ISSN1476-4687. Bản gốc tàng trữ ngày 3 tháng 2 năm 2022. ^ Gibney, Elizabeth (2022). “The quest to crystallize time”. Nature. 543 (7644): 164–166. Bibcode:2017Natur.543..164G. doi:10.1038/543164a. ISSN0028-0836. PMID28277535. Bản gốc tàng trữ ngày 13 tháng 3 năm 2022. ^ Janko, Richard (2004). “Empedocles, "On Nature"” (PDF). Zeitschrift für Papyrologie und Epigraphik. 150: 1–26. ^ Laertius, Diogenes. "Lives of Eminent Philosophers: Epicurus".. This passage comes from a letter quoted in full by Diogenes, and purportedly written by Epicurus himself in which he lays out the tenets of his philosophy. ^ Hagengruber, Ruth, editor (2011) Émilie du Chatelet between Leibniz and Newton. Springer. ISBN 978-94-007-2074-9. ^ Arianrhod, Robyn (2012). Seduced by logic: Émilie du Châtelet, Mary Somerville, and the Newtonian revolution . Tp New York: Oxford University Press. ISBN978-0-19-993161-3. ^ Lavoisier, A.L. & Laplace, P.S. (1780) "Memoir on Heat", Académie Royale des Sciences pp.4–355 ^ von Mayer, J.R. (1842) "Remarks on the forces of inorganic nature" in Annalen der Chemie und Pharmacie, 43, 233 ^ Mayer, J.R. (1845). Die organische Bewegung in ihrem Zusammenhange mit dem Stoffwechsel. Ein Beitrag zur Naturkunde, Dechsler, Heilbronn. ^ Grove, W. R. (1874). The Correlation of Physical Forces (ấn bản 6). London: Longmans, Green. ^ “On the Conservation of Force”. Bartleby. Truy cập ngày 6 tháng 4 năm 2014. ^ William John Macquorn Rankine (1853) "On the General Law of the Transformation of Energy," Proceedings of the Philosophical Society of Glasgow, vol. 3, no. 5, pages 276-280; reprinted in: (1) Philosophical Magazine, series 4, vol. 5, no. 30, pages 106-117 (February 1853); and (2) W. J. Millar, ed., Miscellaneous Scientific Papers: by W. J. Macquorn Rankine,... (London, England: Charles Griffin and Co., 1881), part II, pages 203-208: "The law of the Conservation of Energy is already known—viz. that the sum of all the energies of the universe, actual and potential, is unchangeable." ^ Hadden, Richard W. (1994). On the shoulders of merchants: exchange and the mathematical conception of nature in early modern Europe. SUNY Press. tr.13. ISBN978-0-7914-2011-9., Chapter1, p.13 ^ Jensen, Carsten (2000). Controversy and Consensus: Nuclear Beta Decay 1911-1934. Birkhäuser Verlag. ISBN978-3-7643-5313-1. ^ Brown, Laurie M. (1978). “The idea of the neutrino”. Physics Today. 31 (9): 23–8. Bibcode:1978PhT....31i..23B. doi:10.1063/1.2995181. ^ Wilson, F. L. (1968). “Fermi's Theory of Beta Decay”. 36 (12): 1150–1160. Bibcode:1968AmJPh..36.1150W. doi:10.1119/1.1974382. Chú thích journal cần |journal= (trợ giúp) ^ Griffiths, D. (2009). Introduction to Elementary Particles (ấn bản 2). tr.314–315. ISBN978-3-527-40601-2. ^ Born, M. (1949). Natural Philosophy of Cause and Chance, Oxford University Press, London, pp. 146–147. ^ Michael Weiss and John Baez. “Is Energy Conserved in General Relativity?”. Bản gốc tàng trữ ngày 5 tháng 6 năm 2007. Truy cập ngày 5 tháng 1 năm 2022.
Liên kết ngoàiSửa đổi
Tải thêm tài liệu liên quan đến nội dung bài viết Ứng dụng của định luật bảo toàn năng lượng