Взаимные превращения различных видов энергии, закон сохранения энергии, история использования различных видов энергии

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Пермский национальный исследовательский  политехнический университет»

Кафедра микропроцессорных средств автоматизации

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по дисциплине    Введение в направление                                                                               1      

Тема: Взаимные превращения различных видов энергии, закон сохранения энергии, история использования различных видов энергии.

 

 

 

Выполнил студент гр. ЭСз-13-1Б

                                                                         Пикулева Надежда Николаевны

                                                                                  (Фамилия И.О.)

 

                                                                                              592                              2

                                                                                     (номер зачетной книжки)

                                                                                                                                1    

                                                           (дата, подпись)

                                                                         Проверил             канд. техн. наук,

                                                                              доцент каф. МСА

                                                                         (должность)

                                                                          Ромодин Александр Вячеславович

                                                                                      (Фамилия И.О.)

                                                                                                                                1    

                                                            (оценка)

                                                                                                                                1    

                                                            (дата, подпись)

 

Пермь 2013 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………3

1. Взаимные превращения различных видов энергии……………………..4
2. Закон сохранения энергии………………………………………………..6
3. История использования различных видов энергии……………………..8

          Заключение………………………………………………………………..16

         Список литературы……………………………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Энергия - всеобщая основа природных  явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время под энергией (греческое - действие, деятельность) понимается количественная оценка различных форм движения материи, которые могут  превращаться одна в другую. Согласно представлениям физической науки, энергия - это способность тела или системы тел совершать работу. Существуют различные классификации видов и форм энергии. Человек в своей повседневной жизни наиболее часто встречается со следующими видами энергии: механическая, электрическая, электромагнитная, тепловая, химическая, атомная (внутриядерная). Последние три вида относятся к внутренней форме энергии, т.е. обусловлены потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения

Актуальность работы заключается  в рассмотрении особенностей закона сохранения энергии, являющегося следствием однородности времени и в этом смысле являющегося универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы. Цель работы состоит в изучении взаимных превращений различных видов энергии, закона сохранения энергии, истории использования различных видов энергии. Достижение цели предполагает решение ряда задач: 1) изучить взаимные превращения различных видов энергии; 2) рассмотреть смысл закона сохранения энергии; 3) изучить историю использования различных видов энергии.

Разными путями шли открыватели  закона сохранения и превращения  энергии к его установлению. Майер, начав с медицинского наблюдения, сразу рассматривал его как глубокий всеобъемлющий закон и раскрывал  цепь энергетических превращений от космоса до живого организма. Джоуль упорно и настойчиво измерял количественное соотношение теплоты и механической работы. Гельмгольц связал закон с  исследованиями великих механиков XVIII в.

1. Взаимные превращения различных видов энергии

 

 

 Взаимные превращения различных видов энергии, энергетические эффекты, сопровождающие физические и химические процессы, и зависимость их от условий протекания, вероятность самопроизвольного течения процессов в данных условиях, их направление и пределы изучает термодинамика. [1]

Установлению закона сохранения и превращения энергии способствовало также открытие эффектов, отличных от механических и тепловых, а также  превращения других форм движения в  тепловую энергию. Еще Майер в  своей работе составляет таблицу  всех рассматриваемых им "сил" природы и приводит 25 случаев  их взаимопревращений. Рассмотрев превращение  теплоты в механическую работу, имеющее  место в функционировании паровой  машины, он говорит об электрической "силе" и превращении механического  эффекта в "электричество", о "химической силе вещества", о превращении "химической силы" в теплоту и электричество. Он распространяет положение о сохранении и превращении этих различных "сил" природы на живые организмы, утверждая, что при поглощении пищи в организме  постоянно происходят химические процессы, результатом которых являются тепловые и механические эффекты.

 Исследования электрических  явлений давали серьезные основания  для подкрепления вывода о  взаимопревращении различных форм  движения друг в друга. В  1800 году Воль изобретает первый  химический источник электрического  тока. В 1840 году русский академик  Гесс получает важные результаты, свидетельствующие о превращении  химических "сил" в теплоту.  Работы Фарадея и Ленца приводят  к открытиям о превращении  электричества и магнетизма. Изучение  процессов, происходящих в контактах  двух металлических проводников,  проделанных Пельтье и Ленцем, свидетельствует о взаимопревращениях электрической "силы" и теплоты. В 1845 году Джоуль устанавливает соотношение между величиной количества теплоты, выделяемой при прохождении электрического тока через проводник, и величиной самого тока и сопротивления проводника (закон Джоуля-Ленца). Итак, на протяжении более четырех десятилетий формировался один из самых великих принципов современной науки, приведший к объединению самых различных явлений природы. Принцип этот гласит, что существует определенная величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Исключений из закона сохранения энергии не существует. Историками науки открытие закона сохранения и превращения энергии рассматривается как первая революция в физике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Закон сохранения энергии

 

 

 Закон сохранения энергии  встречается в различных разделах  физики и проявляется в сохранении  различных видов энергии. Например, в классической механике закон  проявляется в сохранении механической  энергии (суммы потенциальной  и кинетической энергий). В термодинамике  закон сохранения энергии называется  первым началом термодинамики  и говорит о сохранении энергии  в сумме с тепловой энергией. Поскольку закон сохранения энергии  относится не к конкретным  величинам и явлениям, а отражает  общую, применимую везде и всегда, закономерность, то правильнее называть  его не законом, а принципом  сохранения энергии.

 Частный случай —  Закон сохранения механической  энергии — механическая энергия  консервативной механической системы  сохраняется во времени. Если  материальные точки, составляющие  замкнутую механическую систему,  взаимодействуют между собой  только силами тяготения и  упругости, то работа этих сил  равна изменению потенциальной  энергии материальных точек, взятому  с противоположным знаком:

A = –(Ep2 – Ep1)                                                                                 (1.1)

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению  кинетической энергии материальных точек:

A = Ek2 – Ek1                                                                                     (1.2)

Из этого будет следовать:

 Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1) или Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2                    (1.3)

 Сумма кинетической и потенциальной энергии материальных точек, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается постоянной. Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда материальные точки в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

 Одним из следствий  закона сохранения и превращения  энергии является утверждение  о невозможности создания «вечного  двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая  могла бы неопределенно долго  совершать работу, не расходуя  при этом энергии. История хранит  немалое число проектов «вечного  двигателя». В некоторых из них  ошибки «изобретателя» очевидны, в других эти ошибки замаскированы  сложной конструкцией прибора,  и бывает очень непросто понять, почему эта машина не будет  работать. Бесплодные попытки создания  «вечного двигателя» продолжаются  и в наше время. Все эти  попытки обречены на неудачу,  так как закон сохранения и  превращения энергии «запрещает»  получение работы без затраты  энергии.

 В основе закона  сохранения энергии лежит однородность  времени, т.е. равнозначность всех  моментов времени, заключающаяся  в том, что замена момента  времени t1 моментом времени t2 без изменения значений координат  и скоростей тел не изменяет  механических свойств системы.  Поведение системы, начиная с  момента t2, будет таким же, каким  оно было бы, начиная с момента  t1.

 Закон сохранения энергии  имеет всеобщий характер. Он применим  ко всем без исключения процессам,  происходящим в природе. Полное  количество энергии в изолированной  системе тел и полей всегда  остается постоянным; энергия лишь  может переходить из одной  формы в другую. Этот факт является  проявлением неуничтожаемости материи  и ее движения.

3. История использования различных видов энергии

 

 

Закон сохранения энергии - «фундаментальный закон природы, установленный  эмпирически и заключающийся  в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется  с течением времени» [6; с. 428]. Другими  словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть  в никуда, она может только переходить из одной формы в другую.

С фундаментальной точки  зрения, согласно теореме Нётер, закон  сохранения энергии является следствием однородности времени и в этом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы. Другими словами, для каждой конкретной замкнутой системы, вне  зависимости от её природы можно  определить некую величину, называемую энергией, которая будет сохраняться  во времени. При этом выполнение этого  закона сохранения в каждой конкретно  взятой системе обосновывается подчинением  этой системы своим специфическим  законам динамики, вообще говоря различающимся  для разных систем.

Однако в различных  разделах физики по историческим причинам закон сохранения энергии формулируется  по-разному, в связи с чем говорится  о сохранении различных видов  энергии. Например, в термодинамике  закон сохранения энергии выражается в виде первого начала термодинамики.

Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то более правильным является его именование не законом, а принципом сохранения энергии.

С математической точки зрения закон сохранения энергии эквивалентен утверждению, что система дифференциальных уравнений, описывающая динамику данной физической системы, обладает первым интегралом движения, связанным с симметричностью уравнений относительно сдвига во времени. [1, стр.27]