Ο νόμος της εξοικονόμησης ενέργειας: Επεξηγήσεις, τύποι και παραδείγματα προβλημάτων

Ο νόμος για τη διατήρηση της ενέργειας δηλώνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, αλλά μπορεί να αλλάξει από τη μία μορφή ενέργειας στην άλλη.

Οι δραστηριότητες που κάνουμε κάθε μέρα είναι αλλαγές στην ενέργεια από τη μία μορφή στην άλλη.

Σύμφωνα με τον ορισμό του Cambridge λεξικού, η ενέργεια είναι η δύναμη να κάνουμε εργασίες που παράγουν φως, θερμότητα ή κίνηση ή το καύσιμο ή την ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται για τη δύναμη.

Για παράδειγμα, όταν τρώμε, μετατρέπουμε τη χημική ενέργεια από τα τρόφιμα σε ενέργεια που χρησιμοποιούμε για να κινούμαστε. Ωστόσο, η ενέργεια δεν θα αλλάξει όταν είμαστε ακόμα. Η ενέργεια θα συνεχίσει να υπάρχει. Το παρακάτω είναι ο ήχος του νόμου για τη διατήρηση της ενέργειας.

Κατανόηση του νόμου για τη διατήρηση της ενέργειας

"Η ποσότητα ενέργειας σε ένα κλειστό σύστημα δεν αλλάζει, θα παραμείνει η ίδια. Αυτή η ενέργεια δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί, αλλά μπορεί να αλλάξει από μια μορφή ενέργειας σε μια άλλη "

Ο ιδρυτής ενός νόμου για τη διατήρηση της ενέργειας είναι ο James Prescott Joule, ένας επιστήμονας από την Αγγλία που γεννήθηκε στις 24 Δεκεμβρίου 1818.

Ο νόμος της διατήρησης της μηχανικής ενέργειας  με τη μορφή του αθροίσματος της κινητικής ενέργειας και της δυνητικής ενέργειας. Δυνητική ενέργεια είναι η ενέργεια που υπάρχει σε ένα αντικείμενο επειδή το αντικείμενο βρίσκεται σε ένα πεδίο δύναμης. Εν τω μεταξύ, η κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια που προκαλείται από την κίνηση ενός αντικειμένου που έχει μάζα / βάρος.

Το παρακάτω είναι το γράψιμο του τύπου για τις δύο ενέργειες.

Πληροφορίες

μι_κ = Κινητική ενέργεια (Joule)

μι_Π = Δυνητική Ενέργεια (Joule)

m = Μάζα (Kg)

v = Ταχύτητα (m / s)

g = βαρύτητα (m / s2)

h = ύψος αντικειμένου (m)

Όλες οι μονάδες για την ποσότητα ενέργειας είναι Joules (SI). Επιπλέον, στη δυνητική ενέργεια, η εργασία αυτής της δύναμης ισούται με την αρνητική αλλαγή στην πιθανή ενέργεια του συστήματος.

Από την άλλη πλευρά, ένα σύστημα που αντιμετωπίζει μια αλλαγή στην ταχύτητα, η συνολική προσπάθεια που ενεργεί σε αυτό το σύστημα είναι ίση με την αλλαγή στην κινητική ενέργεια. Δεδομένου ότι η εργατική δύναμη είναι μόνο μια συντηρητική δύναμη, η συνολική προσπάθεια στο σύστημα θα είναι επίσης ίση με την αρνητική αλλαγή στην πιθανή ενέργεια.

Εάν συνδυάσουμε αυτές τις δύο έννοιες, θα εμφανιστεί μια κατάσταση στην οποία η συνολική αλλαγή στην κινητική ενέργεια και η αλλαγή στην πιθανή ενέργεια είναι ίση με το μηδέν.

Από τη δεύτερη εξίσωση, μπορεί να φανεί ότι το άθροισμα των αρχικών κινητικών και πιθανών ενεργειών είναι το ίδιο με το άθροισμα των τελικών κινητικών και πιθανών ενεργειών.

Το άθροισμα αυτής της ενέργειας ονομάζεται μηχανική ενέργεια. Η τιμή αυτής της μηχανικής ενέργειας είναι πάντα σταθερή, υπό την προϋπόθεση ότι η δύναμη που ενεργεί στο σύστημα πρέπει να είναι συντηρητική δύναμη.

Ο τύπος για το νόμο της διατήρησης της ενέργειας

Κάθε συνολική ενέργεια στο σύστημα (δηλ. Η μηχανική ενέργεια) πρέπει πάντα να είναι η ίδια, έτσι η μηχανική ενέργεια πριν και μετά έχει το ίδιο μέγεθος. Σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να εκφραστεί ως

Παράδειγμα του νόμου για τη διατήρηση της ενέργειας

1. Φρούτα σε πεσμένο δέντρο

Όταν ο καρπός είναι στο pohom, θα σταματήσει. Αυτός ο καρπός θα έχει δυνητική ενέργεια λόγω του ύψους του καρπού από το έδαφος.

Τώρα, εάν ο καρπός πέσει από το δέντρο, η πιθανή ενέργεια θα αρχίσει να μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια. Η ποσότητα ενέργειας θα παραμείνει σταθερή και θα είναι η συνολική μηχανική ενέργεια του συστήματος.

Λίγο πριν το φρούτο φτάσει στο έδαφος, η συνολική δυναμική ενέργεια του συστήματος θα μειωθεί στο μηδέν και θα έχει μόνο κινητική ενέργεια.

2. Υδροηλεκτρικός σταθμός

Η μηχανική ενέργεια από το νερό που πέφτει από τον καταρράκτη χρησιμοποιείται για την περιστροφή των στροβίλων στο κάτω μέρος του καταρράκτη. Αυτή η περιστροφή του στροβίλου χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

3. Ατμομηχανή

Οι ατμομηχανές λειτουργούν με ατμό που είναι θερμική ενέργεια. Αυτή η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία της ατμομηχανής. Αυτό είναι ένα παράδειγμα μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια

4. Ανεμόμυλοι

Η κινητική ενέργεια του ανέμου προκαλεί την περιστροφή των λεπίδων. Οι ανεμόμυλοι μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια.

5. Παιχνίδι Arrow Gun

Το πιστόλι βελών έχει ένα ελατήριο που μπορεί να αποθηκεύει ελαστική ενέργεια όταν βρίσκεται σε συμπιεσμένη θέση.

Αυτή η ενέργεια θα απελευθερωθεί όταν το ελατήριο τεντωθεί, προκαλώντας τα βέλη να κινούνται. Μετατρέποντας έτσι την ελαστική ενέργεια του ελατηρίου σε κινητική ενέργεια του κινούμενου βέλους

6. Παιχνίδι μαρμάρων

Όταν παίζετε με μάρμαρα, η μηχανική ενέργεια από τα δάχτυλα μεταφέρεται στα μάρμαρα. Αυτό αναγκάζει το μάρμαρο να κινείται και να ταξιδεύει κάποια απόσταση πριν σταματήσει.

Παράδειγμα του νόμου για τη διατήρηση της ενέργειας

1. Ο Yuyun έριξε ένα κλειδί κινητήρα από ύψος 2 μέτρων, έτσι ώστε το κινούμενο κλειδί να πέσει ελεύθερα κάτω από το σπίτι. Εάν η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας σε αυτό το μέρος είναι 10 m / s2, τότε η ταχύτητα του κλειδιού μετά την κίνηση 0,5 μέτρων από την αρχική θέση είναι

Εξήγηση

η₁ = 2 m, ν₁ = 0, g = 10 m / s2, h = 0,5 m, h₂ = 2 - 0, 5 = 1,5 μ

β₂ = ?

Με βάση το νόμο της διατήρησης της μηχανικής ενέργειας

Εμ₁ = Εμ₂

Επ₁ + Δρυς₁ = Επ₂ + Δρυς₂

m.g.h₁ + ½ m.v₁2 = m.g.h₂ + ½m.v₂2

Μ. 10 (2) + 0 = m. 10 (1,5) + ½m.v₂2

20 m = 15 m + ½m.v₂2

20 = 15 + ½ ν₂2

20 - 15 = ½ ν₂2

5 = ½ ν₂2

10 = ν₂2

β₂ = √10 m / s

2. Ένα μπλοκ ολισθαίνει από την κορυφή ενός ολισθηρού κεκλιμένου επιπέδου για να φτάσει στη βάση του κεκλιμένου επιπέδου. Εάν η κορυφή του κεκλιμένου επιπέδου βρίσκεται σε ύψος 32 μέτρων πάνω από την επιφάνεια του δαπέδου, τότε η ταχύτητα του μπλοκ όταν φτάνει στο κάτω μέρος του επιπέδου είναι

Εξήγηση

η₁ = 32 m, ν₁ = 0, ω₂ = 0, g = 10 m / s2

β₂ = ?

Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της μηχανικής ενέργειας

Εμ₁ = Εμ₂

Επ₁ + Δρυς₁ = Επ₂ + Δρυς₂

m.g.h₁ + ½ m.v₁2 = m.g.h₂ + ½m.v₂2

Μ. 10 (32) + 0 = 0 + ½m.v₂2

320 m = ½m.v₂2

320 = ½ ν₂2

640 = ν₂2

β₂ = √640 m / s = 8 √10 m / s

3. Μια πέτρα με μάζα 1 Kg ρίχνεται κάθετα προς τα πάνω. Όταν το ύψος είναι 10 μέτρα από το έδαφος έχει ταχύτητα 2 m / s. Ποια είναι η μηχανική ενέργεια του μάνγκο εκείνη την εποχή; Εάν g = 10 m / s2

Εξήγηση

m = 1 kg, h = 10 m, v = 2 m / s, g = 10 m / s2

Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της μηχανικής ενέργειας

μι_Μ = Ε_Π + Ε_κ

μι_Μ = m g h + ½ m v2

μι_Μ = 1 . 10 . 10 + ½ . 1 . 22

μι_Μ = 100 + 2

μι_Μ = 102 joules

Αυτή είναι η περιγραφή του νόμου της εξοικονόμησης ενέργειας και των προβλημάτων και των εφαρμογών του στην καθημερινή ζωή. Ας ελπίσουμε χρήσιμος.