Energia muundamise tehnoloogia

Energia säästmine ja muundamine

Energiasäästu mõiste

Põhiseadus, mida peetakse kinni kõigi loodusnähtuste kohta, nõuab energia säästmist, st et koguenergia ei muutu kõigis looduses toimuvates paljudes muutustes. Energia säästmine ei ole ühegi looduses toimuva protsessi kirjeldus, pigem on see väide, et energiaks nimetatav kogus püsib konstantsena, olenemata sellest, millal seda hinnatakse või milliste protsesside käigus - sealhulgas koos energia muundamisega ühest vormist teise - jätkake järjestikuste hindamiste vahel.

Energia säästmise seadust ei kohaldata mitte ainult loodusele tervikuna, vaid ka looduses asuvatele suletud või isoleeritud süsteemidele. Seega, kui süsteemi piire saab määratleda nii, et süsteemile ei lisata energiat ega eemaldata sellest energiat, siis tuleb energiat selles süsteemis säilitada, sõltumata süsteemi piirides toimuvate protsesside üksikasjadest. Selle suletud süsteemi väite järeldus on see, et kui kahes järjestikuses hindamises kindlaksmääratud süsteemi energia ei ole sama, on erinevus selle energiakoguse mõõt, mis on süsteemi lisatud või sellest eemaldatud. kahe hindamise vaheline ajavahemik.

Energia võib süsteemis eksisteerida mitmel kujul ja seda võib konserveerimisseaduse piires ühest vormist teise teisendada. Need erinevad vormid hõlmavad gravitatsioonilist, kineetilist, termilist, elastset, elektrilist, keemilist, kiirgus-, tuuma- ja massienergiat. Nii atraktiivseks ja kasulikuks teeb selle energia mõiste universaalne rakendatavus ning selle säilitamise seaduse terviklikkus erinevates vormides.

Energia muundamine

Ideaalne süsteem

Lihtne näide süsteemist, milles energia muundatakse ühest vormist teise, on massiga kuuli õhku viskamine. Kui pall visatakse maapinnast vertikaalselt, väheneb selle kiirus ja seega ka selle kineetiline energia stabiilselt, kuni see hetkega puhkab kõrgeimasse punkti. Seejärel pöörab see end ümber ning maapinnale naastes suureneb selle kiirus ja kineetiline energia stabiilselt. Kineetiline energia E _k palli momendil see jättis maa (punkt 1) oli pool toote massi ja kiiruse ruuduga, või ¹ / ₂ mv ₁ ² ja pidevalt vähenenud nullini kõrgeim punkt (punkt 2). Kuuli õhku tõustes omandas see gravitatsioonilise potentsiaalienergia E _p. Potentsiaal ei tähenda selles mõttes, et energia pole reaalne, vaid pigem seda, et see on salvestatud mingil varjatud kujul ja seda saab töö tegemiseks kasutada. Gravitatsiooniline potentsiaalne energia on energia, mida keha hoiab tänu oma positsioonile gravitatsiooniväljas. Vaadeldakse, et massi m gravitatsioonipotentsiaal saadakse massi korrutisega, saavutatud kõrgusega h mingi võrdluskõrguse suhtes ja keha kiirendusega g, mis tuleneb Maa raskuse tõmbejõust sellele, või mgh. Kui pall lahkus maapinnast kõrgusel h _{1, oli} selle potentsiaalne energia E _p1 mgh ₁. Selle kõrgeimas punktis on selle potentsiaalne energia E _p2 mgh ₂. Rakendades energia säästmise seadust ja eeldades, et õhus ei esine hõõrdumist, moodustavad need järgmised võrrandid:

Selles idealiseeritud näites muundatakse kuuli kineetiline energia maapinnal tööks kuuli tõstmisel h _2-ni, kus selle gravitatsioonilist potentsiaalset energiat on suurendatud mg (h ₂ - h ₁). Nagu palli taastub maapinnal h ₁ on selles gravitatsioonilise potentsiaalse energia muundatakse tagasi kineetilise energia ja selle koguenergia temperatuuril h ₁ jälle on ¹ / ₂ mv ₁ ² + MGH ₁. Selles sündmuste ahelas ei muutu kuuli kineetiline energia h _{1 juures}; seega on kuulil selle sündmusetsükli jooksul sellele mõjuva raskusjõu abil tehtud töö null. Väidetavalt on see süsteem konservatiivne.