Энергия сақтау ұғымы деген не?

Энергияны сакталу заңының концепциясы

Энергияның сакталу заңы - физикадағы негізгі принцип, ол изолдасқан жүйеде барлық энергия тұрақты қалады деп айтады. Басқа түрде айтқанда, энергия өмірді жасау немесе жою мүмкін емес; ол тек бір формадан екінші формага әуелдерленуі немесе бір объекттен екіншісіне ауыстырылуы мүмкін.

1. Анықтама

Энергияның сакталу заңы мына түрде айтылады:

Изолдасқан жүйеде, процестің кезінде барлық энергия тұрақты қалады.

Энергия бір формадан екінші формага өтуге болады, бірақ жүйенің барлық энергиясы өзгермейді.

2. Математикалық Түсіндірме

Энергияның сакталу заңы математикалық түрде мына түрде білдірілетіні мүмкін:

E initial=E final

мұнда:

• E initial - бастапқы ағымда жүйенің барлық энергиясы.

• E final - соңғы ағымда жүйенің барлық энергиясы.

Егер іске арналған болса, теңдеу мына түрде жазылатын болады:

E initial +W=E final

мұнда W - жүйеге немесе жүйеден іске арналған жұмыс.

3. Энергияның Формалары

Энергия төмендегі формаларда болады:

• Кинетикалық энергия: Объекттің қозғалысына байланысты өзінде болатын энергия, K= 1/2 mv2 формуласымен беріледі, мұнда m - объекттің массасы, v - қозғалыс жылдамдығы.

• Потенциалдық энергия: Объекттің орны немесе абалына байланысты өзінде болатын энергия, мысалы, гравитациялық потенциалдық энергия U=mgh, мұнда m - масса, g - гравитациялық үдеу, h - биіктік; же эластик потенциалдық энергия U=1/2 kx2, мұнда k - пружина тұрақтысы, x - деформация.

• Термодинамикалық энергия: Жартылай таңдалған частицалардың қозғалысына байланысты энергия.

• Химиялық энергия: Химиялық байланыстарда сақталған, химиялық реакциялар (мысалы, жылу) уақытында шығатын энергия.

• Электр энергиясы: Электр ағынының ағынуынан пайда болатын энергия.

• Ядролық энергия: Атом ядросында сақталған, ядролық бөлінуде немесе синтезде шығатын энергия.

4. Энергияның Сакталуының Мысалдары

• Теріс ағыс: Объект биіктіктен теріс ағысқанда, оның гравитациялық потенциалдық энергиясы қадам-қадам мену арқылы кинетикалық энергияға айналады. Ауадан тышқанды есте салып, объект жерге түскен кезде оның кинетикалық энергиясы оның бастапқы гравитациялық потенциалдық энергиясына тең болады.

• Спринг осциллятор: Идеалды спринг-масса жүйесінде, экстремалды орнында эластик потенциалдық энергия максимум болады, ал теңсіздік орнында барлық энергия кинетикалық болады. Осцилляция уақытында механикалық энергияның барлығы тұрақты қалады.

• Маңыздылық және жылу: Екі объект бір-бірімен теріс ағысқанда, механикалық энергия термодинамикалық энергияға айналады. Механикалық энергия азайғанымен, барлық энергия (механикалық + термодинамикалық) сакталады.

5. Энергияның Сакталу Заңының Қолданылуы

• Жобалау: Машиналар, электр системалары, жылу двигательлері және басқаларды жобалау кезінде, энергияның сакталу заңы энергияның енгізу, шығу және өту үшін қолданылады.

• Физикалық зерттеулер: Кванттық физика және астрофизика сыныптарында, энергияның сакталу заңы ғаламдық өрнектерді түсіну үшін маңызды.

• Күнделікті өмір: Энергияның сакталу заңы машина двигателялары, батарейаларды зарядтау және зарядтануы т.б. күнделікті өмірдегі өрнектерді түсіндіреді.

6. Энергияның Сакталуы және Термодинамикалық Заңдардың Біріншісі

Энергияның сакталу заңы - термодинамикалық заңдардың біріншісінің негізі, ол жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі жүйеге қосылған жылу минус жүйеден іске арналған жұмыс ретінде өзгереді:

ΔU=Q−W

мұнда:

• ΔU - жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі.

• Q - жүйеге қосылған жылу.

• W - жүйеден іске арналған жұмыс.

Термодинамикалық заңдардың біріншісі - термодинамикалық жүйелерде энергияның сакталу заңының қолданылуы.

7. Энергияның Сакталу Заңының Шектеулері

Энергияның сакталу заңы класстық физикада универсалды қолданылады, бірақ белгілі бір шекаралы шарттарда, мысалы, жылдам қозғалыс, күшті гравитациялық талаулар, немесе кванттық масштабта, релятивистикалық және кванттық механика энергияның сакталуын дәлірек сипаттай алады. Мысалы, специальды релятивистикалық теорияда, масса және энергия алмасуы мүмкін, ең белгілі теңдеу арқылы сипатталады

Жалпылау

Энергияның сакталу заңы - табигаттың ең негізгі заңдарының бірі, ол изолдасқан жүйеде барлық энергия тұрақты қалады, бірақ ол әртүрлі формада болуы мүмкін және олардың арасында өтуі мүмкін. Бұл заң физикада, жобалауда, күнделікті өмірде және басқа ғылыми тармактарда маңызды.