Conservació i transformació d’energia
El concepte de conservació d’energia
Una llei fonamental que s'ha observat per a tots els fenòmens naturals requereix la conservació de l'energia, és a dir, que l'energia total no canvia en tots els molts canvis que es produeixen a la natura. La conservació de l'energia no és una descripció de cap procés que es produeixi a la natura, sinó que és una afirmació que la quantitat anomenada energia es manté constant, independentment de quan s'avalua o de quins processos, incloent possiblement transformacions d'energia d'una forma a una altra. seguiu entre avaluacions successives.
La llei de conservació de l’energia s’aplica no només a la natura en general sinó també a sistemes tancats o aïllats dins de la natura. Així, si els límits d’un sistema poden definir-se de manera que no s’afegeixi ni s’elimini energia del sistema, caldrà conservar energia dins d’aquest sistema independentment dels detalls dels processos que es desenvolupin dins dels límits del sistema. Un corol·lari d’aquesta afirmació del sistema tancat és que sempre que l’energia d’un sistema determinada en dues avaluacions successives no sigui la mateixa, la diferència és una mesura de la quantitat d’energia que s’ha afegit o eliminat del sistema al sistema. interval de temps transcorregut entre les dues avaluacions.
L'energia pot existir en moltes formes dins d'un sistema i es pot convertir d'una forma a una altra dins de la restricció de la llei de conservació. Aquestes diferents formes inclouen energia gravitatòria, cinètica, tèrmica, elàstica, elèctrica, química, radiant, nuclear i de massa. És l'aplicabilitat universal del concepte d'energia, així com la integritat de la llei de la seva conservació dins de diferents formes, el que el fa tan atractiu i útil.
Transformació de l’energia
Un sistema ideal
Un simple exemple de sistema en el qual l'energia s'està convertint d'una forma a una altra es proporciona en el llançament d'una bola amb la massa m a l'aire. Quan la bola es llança verticalment des del terra, la seva velocitat i, per tant, la seva energia cinètica disminueix constantment fins a descansar momentàniament al seu punt més alt. A continuació, es reverteix i la seva velocitat i energia cinètica augmenten constantment a mesura que torna a terra. L'energia cinètica E k de la pilota en l'instant en què va sortir de la terra (punt 1) era la meitat del producte de la massa i a el quadrat de la velocitat, o 1 / 2 mv 1 2, i va disminuir de manera constant fins a zero en el punt més alt (punt 2). A mesura que la bola s’aixecava en l’aire, guanyava energia potencial gravitatòria E p. El potencial en aquest sentit no significa que l’energia no sigui real, sinó que s’emmagatzema en alguna forma latent i es pot aprofitar per fer feina. L’energia potencial gravitacional és l’energia que s’emmagatzema en un cos en virtut de la seva posició al camp gravitatori. L’energia potencial gravitatòria d’una massa m s’observa que és donada pel producte de la massa, l’altura h assolida en relació amb alguna alçada de referència i l’acceleració d’un cos resultant de la gravetat de la Terra que s’hi tira, o mgh. En el mateix moment, la bola va deixar el terra a l'alçada h 1 la seva energia potencial E p1 és mgh 1. En el seu punt més alt, la seva energia potencial E p2 és mgh 2. Aplicant la llei de conservació de l’energia i no assumint cap fricció a l’aire, aquestes se sumen a formar les següents equacions:
En aquest exemple idealitzat, l’energia cinètica de la bola al nivell del terra es converteix en treball fent augmentar la bola a h 2 on la seva energia potencial gravitatòria s’ha incrementat en mg (h 2 - h 1). A mesura que la bola cau de nou a el nivell de terra h 1, aquesta energia potencial gravitatòria és de nou convertida en energia cinètica i la seva energia total en h 1 de nou és 1 / 2 mv 1 2 + mgh 1. En aquesta cadena d’esdeveniments l’energia cinètica de la bola no canvia a h 1; així, el treball realitzat a la bola per la força de la gravetat que actua sobre ella en aquest cicle d'esdeveniments és zero. Es diu que aquest sistema és conservador.
