Тұйық Жүйедегі Энергияның Айналу және сақталу заңы қалай оқылады
Біздің әлеміміз – ғажайып заңдылықтарға толы. Табиғатта болып жатқан әрбір құбылыс белгілі бір ережелерге бағынады. Солардың бірі және ең маңыздысы – энергияның сақталу заңы. Бұл заң — физиканың іргелі тұғырларының бірі. Ол бізге энергияның ешқашан жоқтан пайда болмайтынын және ешқайда жоғалмайтынын үйретеді. Әсіресе тұйық жүйеде, бұл ұғым тіпті айқын көрініс табады.
Тұйық жүйе дегеніміз не?
Физикада жүйе деп қандай да бір денелер жиынтығын айтады. Ал тұйық жүйе – сыртқы ортамен энергия немесе масса алмаспайтын жүйе. Мұндай жүйе «өзімен-өзі» жұмыс істейді деуге болады. Мысалы, вакуумдалған термос ішінде сұйықтықтың температурасын ұзақ уақыт сақтау – тұйық жүйенің бір мысалы. Бұл жағдайларда тек ішкі процестер ғана есепке алынады.
Энергия қалай айналады?
Күнделікті өмірімізде энергияның бір түрден екінші түрге ауысуын жиі байқаймыз. Автокөлік қозғалтқышында химиялық энергия — механикалық энергияға айналады. Гидроэлектростанцияларда су ағысының потенциалдық энергиясы — электр энергиясына түрленеді.
Тұйық жүйеде бұл ауысым ішкі шеңберде ғана жүреді. Мысалы, жабық ыдыста газ қысқанда, механикалық жұмыс ішкі энергияны арттырады, яғни молекулалардың қозғалысы күшейеді. Бұл жерде энергия бір түрден екіншіге айналғанымен, жалпы мөлшері өзгермейді.
Энергияның сақталу заңы қалай жұмыс істейді?
Физикада бұл заң былай тұжырымдалады:
Жабық (тұйық) жүйедегі энергияның жалпы мөлшері уақыт өте келе өзгермейді, яғни энергия сақталады.
Басқаша айтқанда, егер жүйеде қандай да бір процестер жүріп жатса — жылу бөліну, жұмыс атқару немесе басқа түрленулер — бәрі де жалпы энергия балансына әсер етпейді. Тек энергия бір күйден екіншісіне өтеді.
Бұл заңды көптеген ғылыми тәжірибелер дәлелдеді. Мысалы, ішкі энергияның өзгерісі – жүйеге берілген жылу мен атқарылған жұмыстың айырмасына тең:
ΔU = Q – A
Мұнда:
- ΔU – ішкі энергия өзгерісі
- Q – жүйеге берілген жылу
- A – жүйе атқарған жұмыс
Бұл формула — тұйық жүйе үшін энергия айналымының сандық көрінісі.
Энергияның айналу түрлері
Энергия түрлі формада болуы мүмкін. Негізгі түрлеріне мыналар жатады:
- Кинетикалық энергия – қозғалыстағы дененің энергиясы
- Потенциалдық энергия – дененің орнына байланысты жиналған энергия
- Жылу энергиясы – молекулалардың қозғалысынан туындаған ішкі энергия
- Химиялық энергия – заттар арасындағы байланыстарда сақталған
- Электр энергиясы – зарядталған бөлшектердің қозғалысы арқылы пайда болады
Тұйық жүйеде осы энергия түрлерінің бірі екіншісіне айналғанымен, олардың жалпы жиынтығы өзгермейді.
Неліктен бұл заң маңызды?
Бұл заң — техниканың, термодинамиканың және тіпті астрономияның негізі. Ол болмаса, біз двигательдер жасай алмас едік, ғарыш аппараттарының жұмысын болжай алмас едік, күн энергиясын тиімді қолдану мүмкіндігі болмас еді.
Энергияның сақталу заңы инженерлер мен ғалымдарға кез келген жүйенің тиімділігін есептеуге көмектеседі. Бұл, әсіресе, энергияны үнемдеу мәселесі өзекті болған бүгінгі таңда өте маңызды.
Қызықты факт:
Энергия сақталады дегенде, біз оны жоғалмайды деп түсінеміз. Алайда ол кейде қолжетімсіз формаға ауысып кетуі мүмкін. Мысалы, үйкеліс күшінің әсерінен энергия жылуға айналады, ал бұл жылуды қайтадан механикалық энергияға айналдыру – оңай іс емес. Сондықтан энергия тиімділігі ұғымы да осы заңмен тығыз байланысты.
Мысалмен түсінейік
Елестетіңіз, сіз жабық жүйеде серіппені қысып, оны босаттыңыз. Қысқанда сіз механикалық жұмыс істедіңіз — бұл энергия серіппеде жиналады. Серіппе босатылғанда, ол осы жинақталған энергияны қозғалысқа айналдырады. Процестің әр сәтінде энергия бір күйден екіншіге өтеді, бірақ оның жалпы мөлшері сақталады.
