Energibesparing og transformasjon
Konseptet med energibesparing
En grunnleggende lov som er observert å gjelde for alle naturfenomener, krever bevaring av energi - dvs. at den totale energien ikke endres i alle de mange endringene som skjer i naturen. Bevaring av energi er ikke en beskrivelse av noen prosesser som foregår i naturen, men snarere er det en påstand om at mengden kalt energi forblir konstant uansett når den blir evaluert eller hvilke prosesser - muligens inkludert transformasjoner av energi fra en form til en annen - gå mellom påfølgende evalueringer.
Loven om bevaring av energi brukes ikke bare på naturen som helhet, men også på lukkede eller isolerte systemer i naturen. Således, hvis grensene for et system kan defineres på en slik måte at ingen energi verken blir lagt til eller fjernet fra systemet, må energi bevares innenfor dette systemet uavhengig av detaljene i prosessene som foregår innenfor systemets grenser. En følge av dette utsagnet om lukket system er at når energien til et system som er bestemt i to påfølgende evalueringer ikke er den samme, er forskjellen et mål på energimengden som enten er lagt til eller fjernet fra systemet i tidsintervall som går mellom de to evalueringene.
Energi kan eksistere i mange former i et system og kan konverteres fra en form til en annen innenfor begrensningen av bevaringsloven. Disse forskjellige formene inkluderer gravitasjons-, kinetisk, termisk, elastisk, elektrisk, kjemisk, strålende, kjernefysisk og masseenergi. Det er den universelle anvendeligheten av energibegrepet, så vel som fullstendigheten av loven om bevaring innen forskjellige former, som gjør det så attraktivt og nyttig.
Transformasjon av energi
Et ideelt system
Et enkelt eksempel på et system der energi konverteres fra en form til en annen er gitt ved kasting av en ball med masse m i luften. Når ballen kastes vertikalt fra bakken, reduseres hastigheten og dermed den kinetiske energien jevnlig til den kommer til å hvile et øyeblikk på sitt høyeste punkt. Den snur seg deretter, og hastigheten og kinetisk energi øker jevnlig når den kommer tilbake til bakken. Den kinetiske energien E k av ballen i det øyeblikk det gått ut av jorden (punkt 1) ble halvparten av produktet av masse og kvadratet av hastigheten, eller 1 / 2 mV 1 2, og avtok jevnt til null ved det høyeste punktet (punkt 2). Da ballen steg i luften, fikk den gravitasjonspotensiell energi E p. Potensial i denne forstand betyr ikke at energien ikke er reell, men at den er lagret i en latent form og kan brukes til å utføre arbeid. Gravitasjonspotensiell energi er energi som lagres i en kropp i kraft av sin plassering i gravitasjonsfeltet. Gravitasjonspotensiell energi til en masse m blir observert gitt av masseproduktet, høyden h oppnådd relativt til noen referansehøyde, og akselerasjonen g av et legeme som følge av at jordens tyngdekraft trekker i den, eller mgh. I det øyeblikket ballen forlot bakken i høyden h 1, er dens potensielle energi E p1 mgh 1. På sitt høyeste punkt er den potensielle energien E p2 mgh 2. Ved å bruke loven om bevaring av energi og antar ingen friksjon i luften, legger disse opp til å danne følgende ligninger:
I dette idealiserte eksemplet blir den kinetiske energien til ballen på bakkenivå omdannet til arbeid med å heve ballen til h 2 hvor dens gravitasjonspotensielle energi er økt med mg (h 2 - h 1). Som ballen faller tilbake til bakkenivå h 1, er denne potensielle energien konverteres tilbake til kinetisk energi og den totale energien ved h 1 igjen er 1 / 2 mV 1 2 + MGH 1. I denne hendelseskjeden er ballens kinetiske energi uendret ved h 1; dermed er arbeidet som er utført på ballen av tyngdekraften som virker på den i denne hendelsessyklus null. Dette systemet sies å være et konservativt.
