การอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
แนวคิดของการอนุรักษ์พลังงาน
กฎพื้นฐานที่ได้รับการปฏิบัติเพื่อรักษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดต้องการการอนุรักษ์พลังงาน - นั่นคือพลังงานทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลงในการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ การอนุรักษ์พลังงานไม่ได้เป็นคำอธิบายของกระบวนการใด ๆ ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่เป็นการแถลงว่าปริมาณที่เรียกว่าพลังงานยังคงที่โดยไม่คำนึงถึงเมื่อมีการประเมินหรือกระบวนการใด - รวมถึงการเปลี่ยนรูปพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูป ไประหว่างการประเมินผลต่อเนื่อง
กฎหมายการอนุรักษ์พลังงานถูกนำมาใช้ไม่เพียงกับธรรมชาติโดยรวมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบปิดหรือแยกภายในธรรมชาติด้วยเช่นกัน ดังนั้นหากขอบเขตของระบบสามารถกำหนดได้ในลักษณะที่ไม่มีการเพิ่มพลังงานหรือลบออกจากระบบพลังงานจะต้องได้รับการอนุรักษ์ภายในระบบนั้นโดยไม่คำนึงถึงรายละเอียดของกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในขอบเขตของระบบ ข้อสรุปของคำสั่งระบบปิดนี้คือเมื่อใดก็ตามที่พลังงานของระบบตามที่กำหนดในการประเมินสองครั้งต่อเนื่องไม่เหมือนกันความแตกต่างคือการวัดปริมาณพลังงานที่ถูกเพิ่มหรือลบออกจากระบบใน ช่วงเวลาผ่านไประหว่างการประเมินทั้งสองครั้ง
พลังงานสามารถมีอยู่ได้หลายรูปแบบภายในระบบและอาจถูกแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งภายใต้ข้อ จำกัด ของกฎหมายการอนุรักษ์ รูปแบบที่แตกต่างเหล่านี้รวมถึงแรงโน้มถ่วง, พลังงานจลน์, ความร้อน, ยืดหยุ่น, ไฟฟ้า, เคมี, เปล่งปลั่ง, นิวเคลียร์และพลังงานมวล มันเป็นความสามารถในการบังคับใช้สากลของแนวคิดด้านพลังงานเช่นเดียวกับความสมบูรณ์ของกฎหมายการอนุรักษ์ในรูปแบบต่าง ๆ ที่ทำให้น่าสนใจและมีประโยชน์
การเปลี่ยนแปลงของพลังงาน
ระบบในอุดมคติ
ตัวอย่างง่ายๆของระบบที่มีการแปลงพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกแบบหนึ่งมีให้ในการโยนลูกบอลที่มีมวล m ขึ้นสู่อากาศ เมื่อลูกบอลถูกโยนในแนวตั้งจากพื้นดินความเร็วของมันและพลังงานจลน์ของมันจะลดลงเรื่อย ๆ จนกระทั่งมันหยุดนิ่งชั่วขณะที่จุดสูงสุด จากนั้นจะพลิกตัวเองและความเร็วและพลังงานจลน์ของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อมันกลับสู่พื้นดิน พลังงานจลน์ E kของลูกในทันทีที่ออกจากพื้นดิน (1 จุด) เป็นครึ่งหนึ่งของผลิตภัณฑ์มวลและตารางของความเร็วหรือ1 / 2 mv 1 2และลดลงอย่างต่อเนื่องให้เป็นศูนย์ที่จุดสูงสุด (จุดที่ 2) ในฐานะที่เป็นลูกที่เพิ่มขึ้นในอากาศก็จะได้รับแรงโน้มถ่วงที่มีศักยภาพพลังงานอีพี ศักยภาพในแง่นี้ไม่ได้หมายความว่าพลังงานไม่จริง แต่เก็บไว้ในรูปแบบที่ซ่อนเร้นและสามารถนำไปใช้ในการทำงานได้ พลังงานศักย์โน้มถ่วงคือพลังงานที่ถูกเก็บไว้ในร่างกายโดยอาศัยตำแหน่งในสนามแรงโน้มถ่วง พลังงานศักย์โน้มถ่วงของมวล m นั้นถูกสังเกตได้จากผลผลิตของมวลความสูงที่ได้นั้นเทียบกับความสูงอ้างอิงบางส่วนและการเร่งความเร็ว g ของร่างกายที่เป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงลงมาหรือ mgh ทันทีที่ลูกที่เหลือพื้นดินที่ความสูงเอช1ที่มีศักยภาพพลังงาน E ของp1เป็น MGH 1 เมื่อมาถึงจุดสูงสุดของพลังงานที่มีศักยภาพของ E P2เป็น MGH 2 การใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานและสมมติว่าไม่มีแรงเสียดทานในอากาศจะรวมกันเป็นสมการต่อไปนี้:
ในตัวอย่างในอุดมคตินี้พลังงานจลน์ของลูกบอลที่ระดับพื้นดินจะถูกแปลงเป็นงานในการเลี้ยงลูกบอลให้เป็น h 2ซึ่งพลังงานศักย์โน้มถ่วงของมันเพิ่มขึ้นเป็นมิลลิกรัม (h 2 - h 1) ขณะที่ลูกบอลตกกลับไปที่ระดับพื้นดินชั่วโมง1นี้พลังงานที่มีศักยภาพแรงโน้มถ่วงจะกลับมาแปลงเป็นพลังงานจลน์และพลังงานทั้งหมดที่เอช1อีกครั้งคือ1 / 2 mv 1 2 + MGH 1 ในห่วงโซ่ของเหตุการณ์นี้พลังงานจลน์ของลูกบอลจะไม่เปลี่ยนแปลงที่ h 1; ดังนั้นงานที่ทำบนลูกบอลโดยแรงโน้มถ่วงที่กระทำกับมันในวงจรของเหตุการณ์นี้จึงเป็นศูนย์ ระบบนี้ถูกกล่าวว่าเป็นระบบอนุรักษ์นิยม
