Úspora energie a transformace
Koncept úspory energie
Základní zákon, který byl dodržován pro všechny přírodní jevy, vyžaduje zachování energie - tj. Že celková energie se nemění ve všech mnoha změnách, které se vyskytují v přírodě. Zachování energie není popis žádného procesu probíhajícího v přírodě, ale spíše to je prohlášení, že množství zvané energie zůstává konstantní bez ohledu na to, kdy je vyhodnoceno nebo jaké procesy - případně včetně přeměny energie z jedné formy do druhé - pokračujte mezi následnými hodnoceními.
Zákon zachování energie se vztahuje nejen na přírodu jako celek, ale také na uzavřené nebo izolované systémy v přírodě. Pokud tedy mohou být hranice systému definovány tak, že do systému není přidávána ani odebírána žádná energie, musí být energie uvnitř tohoto systému zachována bez ohledu na podrobnosti procesů probíhajících uvnitř systémových hranic. Důsledkem tohoto prohlášení o uzavřeném systému je, že kdykoli energie systému stanovená ve dvou po sobě následujících hodnoceních není stejná, rozdíl je měřítkem množství energie, které bylo přidáno nebo odebráno ze systému v časový interval mezi dvěma hodnoceními.
Energie může v systému existovat v mnoha podobách a může být přeměněna z jedné formy na druhou v rámci omezení zákona o ochraně přírody. Tyto různé formy zahrnují gravitační, kinetickou, tepelnou, elastickou, elektrickou, chemickou, radiační, jadernou a hromadnou energii. Je to tak univerzální použitelnost pojmu energie, jakož i úplnost zákona o jeho zachování v různých formách, což je činí tak přitažlivým a užitečným.
Transformace energie
Ideální systém
Jednoduchý příklad systému, ve kterém je energie přeměňována z jedné formy na druhou, je poskytován při házení koule s hmotností m do vzduchu. Když je míč svržen svisle ze země, jeho rychlost a tím i jeho kinetická energie ustavičně klesá až do okamžiku, kdy v nejvyšším bodě odpočine. Poté se obrátí a jeho rychlost a kinetická energie se neustále zvyšují, když se vrací na zem. Kinetická energie E k míče v okamžiku opustila zem (bod 1) byla polovina součinem hmoty a čtverci rychlosti, nebo 1 / 2 mv 1 2, a postupně snížila na nulu v nejvyšším bodě (bod 2). Jak koule stoupala ve vzduchu, získala gravitační potenciální energii E p. Potenciál v tomto smyslu neznamená, že energie není skutečná, ale spíše to, že je uložena v nějaké latentní formě a lze ji čerpat pro práci. Gravitační potenciální energie je energie, která je uložena v těle na základě její polohy v gravitačním poli. Gravitační potenciální energie hmoty m je pozorována jako dána součinem hmoty, výšky h dosažené relativně k nějaké referenční výšce a zrychlení g těla, které je výsledkem gravitačního tahu Země, nebo mgh. V okamžiku, kdy míč opustil zem ve výšce h 1, je její potenciální energie E p1 mgh 1. V nejvyšším bodě je jeho potenciální energie E p2 mgh 2. Uplatňují-li zákon zachování energie a nepředpokládají žádné tření ve vzduchu, vytvářejí následující rovnice:
V tomto idealizovaném příkladu je kinetická energie míče na úrovni země přeměněna na práci při zvyšování míče na h 2, kde její gravitační potenciální energie byla zvýšena o mg (h 2 - h 1). Když se koule padá zpět do úrovní terénu h 1, tento gravitační potenciální energie se přemění zpět na kinetickou energii a její celkové energie na h 1 je opět 1 / 2 mv 1 2 + MGH 1. V tomto řetězci událostí je kinetická energie koule nezměněna v h 1; takže práce vykonaná na kouli gravitační silou působící na ni v tomto cyklu událostí je nulová. Tento systém je považován za konzervativní.
