Mis on energiasäästu mõiste?

Energia säilitusseaduse mõiste

Energia säilitusseadus on füüsika põhiline printsiip, mis ütleb, et isoleeritud süsteemi koguenergia jääb muutumatuks. Teisisõnu, energia ei saa luua ega hävitada; see võib vaid muutuda ühest vormist teise või edastuda ühest objektist teise.

1. Definitsioon

Energia säilitusseadust saab väljendada järgmiselt:

Isoleeritud süsteemis jääb koguenergia muutumatuna igas protsessis.

Energia võib muutuda ühest vormist teise, kuid süsteemi koguenergia jääb muutumatuna.

2. Matemaatiline väljend

Energia säilitusseadust saab matemaatiliselt väljendada järgmiselt:

E algne = E lõplik

kus:

• E algne on süsteemi koguenergia algseisundis.

• E lõplik on süsteemi koguenergia lõppseisundis.

Kui kaasnev töö, siis võrrand kirjutatakse järgmiselt:

E algne + W = E lõplik

kus W tähistab süsteemile või sellest sooritatud tööd.

3. Energia vormid

Energia esineb erinevates vormides, sealhulgas:

• Kineetiline energia: Objekti liigutuse tõttu olev energia, mida väljendab valem K = 1/2 mv², kus m on objekti mass ja v on tema kiirus.

• Potentsiaalne energia: Objekti asukoha või seisundi tõttu olev energia, näiteks gravitatsioonilise potentsiaalse energiaga U = mgh, kus m on mass, g on gravitatsioonilise kiirenduse tõttu ja h on kõrgus; või elastsed potentsiaalse energia U = 1/2 kx², kus k on veo konstant ja x on nihke.

• Soojusenergia: Osakeste juhusliku liikumise tõttu olev energia.

• Keemiline energia: Keemilistes sidemetes olev energia, mida väljastatakse keemilistes reaktsioonides (nt palunemine).

• Elektriline energia: Elektrivoolu tõttu tekkinud energia.

• Ylimäärane energia: Atoomi tuumades olev energia, mida väljastatakse tuuma fissiooni või fusiooni käigus.

4. Energia säilitamise näited

• Vaba langus: Kui objekt langub vabadalt kõrgusest, siis selle gravitatsiooniline potentsiaalne energia muutub aeglaselt kineetiliseks energiaks. Õhupõletuse ignoreerimisel võrdub objekti maapinnaga kokkupõrke hetkel olev kineetiline energia selle algse gravitatsioonilise potentsiaalse energiaga.

• Veopendel: Ideaalses veo-massiga süsteemis on elastsed potentsiaalne energia maksimaalne äärmiste asukohadel, samas kui kõik energia on kineetiline tasakaalu asukohal. Pendeldumise käigus jääb kogumehaaniline energia muutumatuna.

• Suledus ja soojus: Kui kaks objekti sülavad vastastikku, siis mehaaniline energia muutub soojusenergiaks. Kuigi mehaaniline energia väheneb, jääb koguenergia (mehaaniline + soojus) säilitatuks.

5. Energia säilitusseaduse rakendused

• Inseneride poolt kasutatakse masinate, elektrisüsteemide, soojusmoodeleid jms disainimisel energia säilitusseadust analüüsida energiaväljundit, sisendit ja teisenduse efektiivsust.

• Füüsika uuringutes: Teilikefüüsika ja astrofüüsika valdkondades on energia säilitusseadus oluline mitmeid universumi ilminguid mõista.

• Igapäevaelus: Energia säilitusseadus selgitab palju igapäevaseid ilminguid, nagu auto moottorite toimimine, akuade laadimine ja lahtilaadimine jne.

6. Energia säilitamine ja termomehaanika esimene seadus

Energia säilitusseadus on termomehaanika esimese seaduse alus, mis ütleb, et süsteemi sisemise energia muut on võrdne süsteemile lisatud soojusega miinus süsteemi poolt tehtud töö:

ΔU = Q - W

kus:

• ΔU on süsteemi sisemise energia muut.

• Q on süsteemile lisatud soojus.

• W on süsteemi poolt tehtud töö.

Termomehaanika esimene seadus on põhimõtteliselt energia säilitusseaduse rakendus termomehaanilistes süsteemides.

7. Energia säilitusseaduse piirangud

Kuigi energia säilitusseadus on universaalselt kohaldatav klassikalises füüsikas, teatud äärmuslikes tingimustes – nagu kõrge kiirusega liikumine, tugevad gravitatsiooniväljad või kvantmõõde – pakuvad suhtsus- ja kvantmehaanika täpsemad energia säilitamise kirjeldused. Näiteks erisuhtluse teoorias on mass ja energia vahetuvad, nagu kuulus võrrand näitab.

Kokkuvõte

Energia säilitusseadus on üks looduse kõige põhiline seadus, mis ütleb, et isoleeritud süsteemi koguenergia jääb muutumatuks, isegi kui see võib olemas olla erinevates vormides ja neid vahetuda. See seadus on oluline mitte ainult füüsikas, vaid ka insenerides, igapäevaelus ja teistes teadusvaldkondades.