Основной закон природы закон сохранения энергии утверждает

Содержание

Вопрос 2:Закон сохранения массы и энергии. Закон постоянства состава.
Закон сохранения энергии
Энергия. Закон сохранения энергии
Фундаментальный смысл закона
Частные формы закона сохранения энергии
Классическая механика
Формулировка
Примеры
Вывод из уравнений Ньютона
Термодинамика
Гидродинамика

Вопрос 2:Закон сохранения массы и энергии. Закон постоянства состава.

Закон сохранения массы (VIII века, М.В. Ломоносов): масса в-в, вступивших в реакцию равна массе в-в, получившихся в результате реакции.

Закон сохранения массы является частным случаем общего закона природы — закона сохранения энергии, который утверждает, что энергия изолированной системы постоянна. Энергия — это мера движения и взаимодействия различных видов материи. При любых процессах в изолированной системе энергия не производится и не уничтожается, она может только переходить из одной формы в другую.

Одной из форм энергии является энергия покоя, которая связана с массой соотношением Эйнштейна

где с — скорость света в вакууме (с = 3•10 8 м/с). Это соотношение показывает, что масса может переходить в энергию и наоборот.

В химических реакциях изменение массы, вызванное выделением или поглощением энергия, очень мало. Тепловой эффект химической реакции по порядку величины равен 100 кДж/моль. Масса изменяется:

∆m = ∆E/с 2 = 10 5 / (3•10 8 ) 2 ~ 10 -12 кг/моль = 10 -9 г/моль.

Закон сохранения масса не является теоретически строгим, хотя он вполне приемлем для химических реакций, в которых выделяется/поглощается количество энергии, поэтому изменение массы неизмеримо мало.

В природе действует единый закон сохранения массы и энергии.

Закон постоянства состава

Открыл Пруст в 1901г.: всякое химически чистое в-во имеет строго определенный, постоянный качественный и количественный состав, независимо от способа получения.

Na₂CO₃ + HOH – стиральная сода

Вещества, подчиняющиеся ЗПС – дальтониды (газообразные и жидкие). Вещества, не подчиняющиеся ЗПС – бертоллиды (кристаллические). Они имеют разный количественный состава в зависимости от способа получения(TiO_1,2, TiO_0,8). Разный количественный состав объясняется дефектами кристаллической решетки, возникающими при ее образовании.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

Закон сохранения энергии

Зако́н сохране́ния эне́ргии, один из наиболее фундаментальных законов природы, согласно которому важнейшая физическая величина – энергия – сохраняется в изолированной системе . В изолированной системе энергия может переходить из одной формы в другую, но её количество остаётся постоянным. Если система не изолирована, то её энергия может изменяться либо при одновременном изменении энергии окружающих тел на такую же величину, либо за счёт изменения энергии взаимодействия тела с окружающими телами. При переходе системы из одного состояния в другое изменение энергии не зависит от того, каким способом (в результате каких взаимодействий) происходит переход, т. е. энергия – однозначная функция состояния системы. Закон сохранения энергии является строгим законом природы, справедливым для всех известных взаимодействий, он связан с однородностью времени, т. е. с тем фактом, что все моменты времени эквивалентны и физические законы не меняются со временем (см. Симметрия в физике ). Закон сохранения энергии для механических процессов установлен Г. В. Лейбницем (1686), для немеханических явлений – Ю. Р. Майером (1845), Дж. П. Джоулем (1843–1850) и Г. Л. Гельмгольцем (1847). В термодинамике закон сохранения энергии называется первым началом термодинамики . До создания А. Эйнштейном специальной теории относительности (1905) законы сохранения массы и энергии существовали как два независимых закона. В теории относительности они были слиты воедино.

Мякишев Геннадий Яковлевич . Первая публикация: Большая советская энциклопедия, 1978. Т. 30.

Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198,
выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
ISSN: 2949-2076
Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
Главный редактор: Кравец С. Л.
Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru

© АНО БРЭ, 2022 — 2023. Все права защищены.
Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.

Источник

Энергия. Закон сохранения энергии

Зако́н сохране́ния эне́ргии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной физической системы сохраняется с течением времени. 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.

Читайте также: Запрет отдыха на природе

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.

Фундаментальный смысл закона

Согласно теореме Нётер каждому закону сохранению ставится в соответствие некая симметрия уравнений, описывающих систему. В частности, закон сохранения энергии эквивалентен однородности времени, то есть независимости всех законов, описывающих систему, от момента времени, в который система рассматривается.

Вывод этого утверждения может быть произведён, например, на основе лагранжева формализма . Если время однородно, то функция Лагранжа, описывающая систему, не зависит явно от времени, поэтому полная её производная по времени имеет вид:

$\frac<<\rm$

Здесь L(q_i, — функция Лагранжа, q_i, — обобщённые координаты и их первые и вторые производные по времени соответственно. Воспользовавшись уравнениями Лагранжа, заменим производные $\frac<\partial$ на выражение $\frac<\rm$ :

$\frac<<\rm$

Перепишем последнее выражение в виде

$\frac<\rm$

Сумма, стоящая в скобках, по определению называется энергией системы и в силу равенства нулю полной производной от неё по времени она является интегралом движения (то есть сохраняется).

Частные формы закона сохранения энергии

Классическая механика

Формулировка

В ньютоновской механике формулируется частный случай закона сохранения энергии — Закон сохранения механической энергии, звучащий следующим образом

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы, остаётся постоянной.

Проще говоря, при отсутствии диссипативных сил (например, сил трения) механическая энергия не возникает из ничего и не может исчезнуть никуда.

Примеры

Классическим примером этого утверждения являются пружинный или математический маятники с пренебрежимо малым затуханием. В случае пружинного маятника в процессе колебаний потенциальная энергия деформированной пружины (имеющая максимум в крайних положениях груза) переходит в кинетическую энергию груза (достигающую максимума в момент прохождения грузом положения равновесия) и обратно. В случае математического маятника аналогично ведёт себя потенциальная энергия груза в поле силы тяжести.

Вывод из уравнений Ньютона

Закон сохранения механической энергии может быть выведен из второго закона Ньютона , если учесть, что в консервативной системе все силы, действующие на тело,потенциальны и, следовательно, могут быть представлены в виде

$\vec$

где $U\left(\vec$ — потенциальная энергия материальной точки ( $\vec$ — радиус-вектор точки пространства). В этом случае второй закон Ньютона для одной частицы имеет вид

$m\frac<\mathrm$

где m — масса частицы, $\vec$ — вектор её скорости. Скалярно домножив обе части данного уравнения на скорость частицы и приняв во внимание, что $\vec$ , можно получить

$m\vec$

Путём элементарных операций это выражение может быть приведено к следующему виду

$\frac<\mathrm$

Отсюда непосредственно следует, что выражение, стоящее под знаком дифференцирования по времени, сохраняется. Это выражение и называется механической энергией материальной точки. Первый член в сумме отвечает кинетической энергии, второй — потенциальной.

Этот вывод может быть легко обобщён на систему материальных точек .

Термодинамика

В термодинамике исторически закон сохранения формулируется в виде первого принципа термодинамики:

Изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил над системой и количества теплоты, переданного системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил

В математической формулировке это может быть выражено следующим образом:

$~Q=\Delta$

где введены обозначения Q — количество теплоты, полученное системой, ΔU — изменение внутренней энергии системы, A — работа, совершённая системой.

Закон сохранения энергии, в частности, утверждает, что не существует вечных двигателей первого рода, то есть невозможны такие процессы, единственным результатом которых было бы производство работы без каких-либо изменений в других телах .

Гидродинамика

$\frac<v^2 data-lazy-src=$

В гидродинамике идеальной жидкости закон сохранения энергии традиционно формулируется в виде уравнения Бернулли: вдоль линий тока остаётся постоянной сумма +w+gz»/>

Здесь введены следующие обозначения: — тепловая функция жидкости, — ускорение свободного падения, — координата точки в направлении силы тяжести. Если внутренняя энергия жидкости не меняется (жидкость не нагревается и не охлаждается), то уравнение Бернулли может быть переписано в виде

$\frac<v^2 data-lazy-src=$

+\int\frac

где — плотность жидкости. Для несжимаемой жидкости плотность является постоянной величиной, поэтому в последнем уравнении может быть выполнено интегрирование :

$\frac<v^2 data-lazy-src=$

+\frac

+gz»/>

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.

Источник