Закон збереження енергії

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ РЕЧОВИНИ, ЕНЕРГІЇ ТА ІНФОРМАЦІЇ

Закон збереження речовини, енергії та інформації (conservation law) – закон, який стверджує, що наш Всесвіт є ізольованою системою, де Речовина є асиметрично замкнута на Інформацію (і навпаки), вони взаємодіють між собою завдяки власній Енергії, яка має подвійну спрямованість (вектор) дії і тому з плином часу зберігають усі свої первісні параметри, а лише переходять з однієї форми в іншу. Усі інші закони збереження (закон збереження енергії, закон збереження маси речовини, Лагранжіан, перший закон термодинаміки та ін.) є лише похідними від цього закону і мають обмежену сферу застосування. 

ВИЗНАЧЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ              

Найменш вивченою, а тому найбільш загадковою у цій тріаді (насправді квадризі, так як Енергія має подвійну спрямованість дії) є Інформація. Н. Вінер навіть відмовився дати їй визначення, заявивши, що Інформація є просто Інформація і нічим іншим. Вік інформаційних технологій дозволяє нам порівняти речовину із «залізом», а інформацію з програмним забезпеченням комп’ютера. Найбільш глобальним визначенням Інформаціє може бути лише наступне: Інформація – це те, що завдяки затратам своєї Енергії формує (програмує чи то кодує) Речовину та еволюціонує від однієї своєї форми до іншої завдяки поглинанню Енергії Речовини. Так як Речовина та Інформація асиметрично замкнуті одне на одне, то максимуму Інформації відповідає мінімум Речовини і навпаки (наприклад бозони Хіггса у сколапсованому Всесвітньому Розумі чи Хаос у сколапсованій Речовині перед Великим Вибухом). Речовина не Інформація існує без Інформації, а Інформація без Речовини. В Природі для них взагалі немає такого поняття як «нуль», а лише максимум і мінімум. Ці поняття також є вельми умовними (відносними) і в жодному разі не означають, що в процесі свого розвитку Інформація чи Речовина у глобальному вимірі зменшилися або збільшилися бодай на одну біту чи грам. Максимум Інформації (Речовини) означає, що вона сконцентрувалася у мінімально можливій точці Простору. Мінімум Інформації  (Речовини) означає, що в процесі своєї еволюції в іншій фазі свого розвитку вона виявилася розпорошеною по усьому максимально можливому для нашої уяви Простору. Зважаючи на феномен їх асиметрії, мова таким чином може йти про максимум Інформації при мінімальних формах існування Речовини і навпаки.  

ПЕРЕТВОРЕННЯ РЕЧОВИНИ, ЕНЕРГІЇ ТА ІНФОРМАЦІЇ У ПРОСТОРІ ТА ЧАСІ

Речовина та Інформація взаємодіють між собою за посередництвом Енергії, завдяки чому з’являються такі поняття як Простір, Час, Минуле і Майбутнє. Так як Енергія має подвійну спрямованість (вектор) дії, то і наш Всесвіт являє собою систему з двох Просторів, які умовно можна назвати Правим і Лівим. Енергію Інформації уособлюють собою сили концентрації і творення, в той час як Енергію Речовини – сили розпаду і руйнування. Йде постійний процес переходу одного виду Енергії в інший і відповідно однієї форми існування Інформації (Речовини) в іншу (вищу або нижчу). В результаті цього відбувається процес їх глобального збереження, але в кожній конкретній формі речовини та інформації ця закономірність виявляє себе дещо специфічно. Існування асиметрично замкнених один на одного Правого і Лівого Простору передбачає існування двох радіусів, один з яких зростає, а інший на таку саму величину зменшується. Це не є так звані паралельні світи, які існують поруч один з одним, а набагато більш складна система Простору в Просторі (сфера у сфері) по типу білка і жовтка в яйці. Так як це не має принципового значення, то цілком умовно простір поширення Інформації можна назвати Лівим Простором, а Речовини – Правим Простором. Принциповим є лише визначення того, в якому з них на даний час відбувається процес розвитку форм існування від свого мінімуму в минулому до максимуму в майбутньому, тобто яка сутність цей момент є визначальною (ведучою) – Речовини чи Інформації. З наукової точки зору цілком очевидно, що вершиною усіх форм існування Речовини у минулому була зколапсована точка у Просторі, яка після Великого вибуху почала розвалюватися на окремі шматки і деградувати у більш нижчі форми свого існування, аж до такого моменту, коли між окремими атомами у Просторі будуть міжгалактичні відстані і майже уся Речовина трансформується у так звану чорну енергію. Натомість розвиток Інформації йде у цілком протилежному напрямі від своєї найнижчої форми існування у минулому (хаосу) до більш вищих (генетичний код, людська свідомість, суспільна свідомість).  Найвищою з них у далекому майбутньому має стати утворення Всесвітнього Розуму, який зколапсує усю наявну Інформацію в мінімальній за своїми розмірами точці Всесвіту. Якщо у Правому Просторі домінують руйнівні, відцентрові сили, то у Лівому навпаки – сили концентрації і розвитку. На сьогоднішній день найбільш близькою до реалій існуючих у Всесвіті є теорія струн, яку краще було би назвати теорією струменів чи то потоків. Згідно з нею матерія складається не з точок, а з струменів, де квантові правила комутації виникають на основі геометрії єднання чи розходження струменів,  Цей процес на Землі можна порівняти зі змішуванням потоків  холодного і гарячого повітря, в результаті чого йде дощ чи навіть град і виникає величезна енергія у вигляді блискавки. Так само і у Всесвіті в результаті взаємодії двох цих двох течій виникають частинки, атоми, потім молекули, а також вивільнюється величезна кількість енергії, яка в залежності від вектору розвитку ведучої сторони розширює, або навпаки стискає Всесвіт. Ця теорія не тільки припускає, а й передбачає наявність двох Просторів. Єдине, чого вона не враховує, так це асиметрію та асинхронність їх розвитку. У момент досягнення Речовиною чи Інформацією свого максимуму відбувається зміна векторів розвитку Енергії на протилежний, Енергія Інформації миттєво перетворюється на Енергію Речовини і навпаки, тобто у будь-якому разі відбувається Великий Вибух і процес починає йти у зворотному напрямку. Найбільш важким для усвідомлення є той факт, що якщо у лівому Просторі час іде від минулого у майбутнє, то у Правому навпаки. Наразі реальність є такою, що речовина (тіло) з якої складається людина функціонує у правому просторі, а процеси мислення відбуваються у лівому просторі. Іншими словами, людина живе, мислить, накопичує інформацію (свідомість) і одночасно її тіло росте, розкладається і вмирає. Будь-яка форма існування матерії виникає в результаті взаємодії Правого і Лівого Простору, сил концентрації і розпаду. Сферу життя, тобто сферу існування різноманітних форм розвитку Речовини та Інформації (Ноосфера за Вернадським) визначає найменший на даний момент часу радіус (горизонт подій).  Поза цим радіусом існує лише чорна енергія, яка утворюється шляхом розпаду Речовини. Що стосується Інформації, то вона навпаки постійно концентрується у Лівому Просторі і крок за кроком наближається до свого максимуму у вигляді Вселенського Розуму. Іншими словами, навіть після розпаду форм існування речовини інформація не зникає, а записується як файл пам’яті на своєрідний «білий» диск у Лівому Просторі по аналогу запису інформації на «жорсткий» диск комп’ютера. Виходить так, що і сам Всесвіт, як будь-яка інша форма існування матерії, має пам'ять. В журналі Physical Sciences було надруковане дослідження групи вчених Мillennium Simulation, які прийшли до висновку, що організація нейронів головного мозку людини дивним чином нагадує організацію галактик нашого Всесвіту, тобто Всесвіт також є своєрідним величезним мозком і усе, що тільки існує у макросвіті так чи інакше відображається у біологічній клітині. Однак, чи зберігається ця пам'ять після Великого Інформаційного Вибуху є досить проблемним питанням. Люди, які перебували в стані клінічної смерті і повернулися на цей світ (Правий Простір) одностайно твердять про пересування у чорному тунелі в кінці якого було видно світло, причому перед очима у них миттєво пробігало усе життя, а світ виглядав перевернутим догори ногами. Як віднайти і прочитати цей записаний файл є величезною проблемою, яка буде вирішена лише після переселення Людства у Лівий Простір. Ще далеко не все зрозуміло з Речовиною, форми існування якої являються і є доступними нам для вивчення, а що стосується Інформації, то на сьогоднішній день це є справжня загадка всередині таємниці. Цілком можливо, що подібні чорні тунелі утворюються під час смерті кожної свідомої істоти, а інформацію від несвідомих форм існування матерії відсосують так звані чорні діри у просторі. Вони є своєрідними сепараторами, які відокремлюють Інформацію від Речовини, перетворюючи останню на білу енергію. Сьогодні ще абсолютно неможливо описати процеси, що відбуваються у Лівому Просторі, чи є цей «білий» диск безтілесною, але живою істотою типу Океану Станіслава Лема, чи це є звичайний банк Інформації, файли якого зберігають відомості про минуле усіх попередніх форм існування матерії, тобто лише пам'ять. У будь-якому випадку жодний біт чи байт Інформації у Всесвіті не губиться чи тим більше не зникає без сліду, а поступово нагромаджується (концентрується) у Лівому Просторі, на основі чого виникає Міжзоряний, Міжгалактичний, а в кінцевому результаті і Всесвітній Розум. Якщо для того, щоб людина самоусвідомила себе Природі потрібно було сконцентрувати і взаємо пов’язати між собою біля 5 тисяч йоттабайт інформації, то для того, щоб Всесвіт самоусвідомив себе і виникла така нова якість як Всесвітній Розум в одному місці необхідно сконцентрувати сотні мільйонів петабайт йоттабайтів Інформації.

Таким чином майбутнє Людства однозначно пов’язане не з Правим, а з Лівим Простором. Разом з тим, необхідно собі чітко усвідомлювати, що кожна форма існування речовини та інформації має свій власний горизонт подій, тобто час життя. Якщо для Людства це тисячі років, то для окремої людини десятки чи максимум сотні років. Якщо Людство народилося в момент, коли горизонт подій становив R1 радіус Всесвіту, сьогодні воно перебуває в точці R2, то після проходження точки R3 у Просторі неминуче має настати його кінець. Якби ми знали Коефіцієнт Розширення Всесвіту, то могли точно спрогнозувати настання цього часу Х. Однак, ми ще не в стані абсолютно точно визначити, як саме змінюються параметри свідомості і матерії в процесі розширення Всесвіту. Безумовно, до моменту, коли між окремими атомами будуть міжгалактичні відстані ще далеко, але свідомість є дуже своєрідним станом речовини, сконцентрованої у людському мозку і навіть мінімальна зміна гравітаційної сталої чи нейронних зв’язків може фатальним чином позначитися на долі Людства. З плином часу гальмівна домінанта явно слабшає, а ХХ століття взагалі стало в історії Людства апогеєм звірства. Раптове зростання ісламського фундаменталізму та сатанізму в Росії, керівництво якої без наявності жодних підстав і реальних загроз для себе раптом почало погрожувати усьому світу застосуванням ядерної зброї, також свідчить про негативні кардинальні зміни у свідомості та процесах мислення, тобто наближення часу Х, або так званої точки неповернення. Людству за цих обставин як мінімум потрібно максимально швидко зафіксувати себе в точці Простору R2, а згодом докласти максимум зусиль для переміщення до центру Всесвіту, де, власне, в кінцевому результаті і має сконцентруватися усе, що тільки є свідомим у цьому світі. Ще К. Ціолковський, можливо навіть не розуміючи до кінця усієї глибини своєї думки, твердив, що Земля є колискою Людства, але вічно залишатися у цій колисці не можна. Жодного майбутнього у Правому Просторі Людство не може мати. Адже лише для того, щоб закріпитися у точці R2, йому як мінімум потрібно оволодіти швидкістю світла, а щоб бодай на метр наблизитися до Центру Всесвіту треба обов’язково її перевищити, адже це є те саме, що плисти проти течії, яка рухається зі швидкістю світла. Ось чому ще до моменту досягнення точки R3 у Просторі Людству конче має переміститися у Лівий простір, а це можливо лише у випадку фіксації свідомості в елементарній частинці типу бозона Бога, або нейтрино (речовина, маса якої дорівнює нулю у нашому Всесвіті взагалі не існує). Першим до подібного висновку прийшов Й. Шкловський з українського Глухова ще у сер. ХХ ст. і нам слід лише висловити здивування і віддати належне цій людині, яка ще задовго до наших днів передбачила те, що стає очевидним дише сьогодні. Уявити собі свідомість у вигляді пучка елементарних частинок, що рухаються у Всесвіті з величезною швидкістю, могла лише людина з величезним інтелектом. Єдине на що не звернув свою увагу академік, так це напрям цього руху, який обов’язково має бути спрямований до Центру Всесвіту. Лише у цьому випадку Людство буде здатне не тільки зафіксуватися у точці Простору R2, а й немовби по течії пересуватися без жодних зусиль зі швидкістю світла до точки концентрації усієї Інформації у Всесвіті, тобто стати в майбутньому частиною Всесвітнього Розуму (за певних обставин можлива навіть швидкість, яка перевищує швидкість світла). Мова таким чином може йти про стан Безсмертя, але не абсолютного, так як ще не ясно, що станеться після Великого Інформаційного Вибуху. Зрозуміло лише тільки те, що розпочнеться зворотній процес еволюції Інформації (Всесвітнього Розуму) до своїх найнижчих форм існування.   

МАТЕМАТИЧНЕ ФОРМУЛЮВАННЯ

Сьогодні однак ще не варто теоретизувати з приводу багатьох процесів у Лівому Просторі, цілком можливого порушення закону причинності, коли наслідок передує причині, чи швидкості, коли інформація поширюється скоріше за швидкість світла, а тим більше про момент у часі, коли Всесвіт познає сам себе і перед нами немов би постає сам Бог. Найбільш актуальною проблемою для Людства на сьогоднішній день є визначення часу його виходу за горизонт подій. Існує тривожне передчуття того, що точка неповернення наближається із неймовірною швидкістю. Жоден дослідник, в т. ч. Ейнштейн, не враховував ту фатальну роль, яку відіграє у розвитку Всесвіту його радіус R. Усі його формули є актуальними лише для горизонту подій, коли R ­= cons, а таке в реальному житті не буває. Радіус Всесвіту постійно змінюється і тому його знаменита формула Е = mc2 насправді має виглядати як Е = ᶘ+ Rmc2 . Більше того, ця формула є актуальною лише у Правому Просторі, в той час як в реальному житті Е = Ер + Ес , тобто слід обов’язково враховувати не тільки Коефіцієнт Розширення Простору, а й Коефіцієнт його Стиснення. Іншими словами, у кожній конкретній точці Простору є своє власне співвідношення енергії синтезу, яка постає насамперед у вигляді гравітації, та розпаду чи то розширення. Навіть не варто доводити, що час існування будь-якої форми існування матерії обмежений періодом, коли Ес ≥ Ер , тобто сили концентрації і творення переважають або принаймні рівні силам розпаду.

СОЦІАЛЬНІ АСПЕКТИ ЗАКОНУ

Різні форми мають свій власний горизонт подій, але звертає на себе увагу той факт, що у Правому Просторі форми існування свідомої матерії набагато швидше проходять точку неповернення, ніж елементарні (атоми існують мільярди років, в той час як людина лише десятки). Суспільний рівень існування матерії однак характерний тим, що крім природних існують штучні можливості прискорювати або уповільнювати процеси синтезу та розкладу (наприклад штучна ланцюгова реакція або термоядерний синтез). Як це не дивно, але найоптимальнішим способом максимально подовжити час перебування на горизонті подій, тобто життя, є не доведення енергії синтезу до максимуму, що неминуче наблизить точку неповернення на протилежному векторі розвитку, а вміле балансування на лінії рівно дії з мінімально можливою перевагою сил концентрації і творення (керований синтез). У Всесвіті є безліч подібних точок у вигляді так званих чорних дір, але для Людства на даний час вони не є доступними. Подібна лінія рівнодії сил розпаду і гравітації є на кордоні Землі і Космосу на висоті 80 – 100 км., але її освоєння лише розпочинається. Найбільш наближеними до цієї лінії рівно дії є мешканці гір і якщо додаткові кілька тисяч метрів до неї подовжують життя людей на десятки років (доконаний факт), то можна собі уявити, яким воно мало бити довгим, якби ці параметри нам вдалося відтворити на Землі. Однак, звертає на себе увагу той факт, що люди постійно зображують богів з німбом над головою, а малюнки пришельців мають біля голови щось на зразок антен. Якщо не вдаватися у суперечку з приводу того, чи справді це є пришельці, чи представники давньої більш розвиненої цивілізації на Землі, яка загинула за ще нез’ясованих нами обставин, то явно існує якась штучна технологія досягнення рівно дії сил, які функціонують у головному мозку.

Людина не є результатом звичайної механічної суми певної кількості атомів, молекул чи навіть байт інформації. Це є надзвичайна складна системна якість, де нова якість виникає лише на основі попередньої. Саме тому людина, а особливо її свідомість у цьому світі є надзвичайно вразливою, так як вона одночасно залежить і від законів розвитку матерії на її фізичному рівні, хімічному, біологічному і тим більше соціальному. Код Свідомості, так само як і генетичний код писалися природою на протязі мільярдів років. У ньому надзвичайно важливою є навіть не сама кількість інформації, а послідовність цього запису у просторі і часі, тобто те, що ми називаємо програмою. Якби цей код був запрограмований від самого початку, то усі люди не тільки виглядали би на одне обличчя, а й однаково мислили. Насправді Природа дозволяє собі певний люфт, своєрідний горизонт подій для свідомості, а тому у окремих людей і соціумів вона є різною, асиметричною та асинхронною у часі. Тут головною проблемою є загроза вийти за точку неповернення, або, якщо говорити більш простою мовою – не з’їхати з глузду. Людина стала людиною завдяки насамперед гальмівній домінанті – численним табу, які заперечували звірячі інстинкти. Релігія багатьох народів світу також базується на численних «не». Разом з тим в природі людини закладена не тільки енергія творення, а й руйнування і тому вона постійно вагається між силами Добра і Зла, над нею постійно висить загроза втрати гальмівної домінанти і повернення у звірячий стан. У вік інформаційних технологій з’явилася можливість штучно маніпулювати не тільки свідомістю окремих індивідів, а й суспільною свідомістю. Приклади нацистської Німеччини та сатанинської Росії свідчать про реальну можливість дегуманізації та децивілізації цілих народів, доведення їх до звірячого стану та навіть спроб передчасно виштовхати Людство за точку неповернення. Гальмівна домінанта таким чином нейтралізується головним чином завдяки маніпулюванню інформацією, коли Зло вміло маскується і видає себе за Добро. Ось чому сьогодні загрозу для Людства становлять не тільки процеси, які відбуваються на фізичному рівні, а й у його власному середовищі і насамперед у сфері інформації.  Закон збереження Інформації таким чином стосується не тільки збереженню її кількісних параметрів, а й захисту від різноманітних інформаційних вірусів, які спотворюють правильне сприйняття цього світу і в кінцевому результаті виводять Людство за точку неповернення.  Більш детально соціальні аспекти цього закону досліджені в працях С. Семенюка «Природа діалектичного протиріччя» та «Філософія історії Людства».

ЛІТЕРАТУРА

Деркач Ф. Хімія. Л., 1968.

Семенюк С. Природа діалектичного протиріччя // Феномен українства. Львів, 2013. с. 6-35.

Семенюк С. Філософія історії Людства // Феномен українства. Львів 2013. с. 36 – 54.

Федорченко А. Теоретична механіка. К., 1975.

Шкловский И. Вселенная, жизнь, разум. М., 1987.

Яворський Б. Довідник з фізики. Тернопіль, 2007.

            Зако́н збере́ження ене́ргії (англ. energy conservation law;) — закон, який стверджує, що повна енергія в ізольованих системах не змінюється з часом. Проте енергія може перетворюватися з одного виду в інший. У термодинаміці закон збереження енергії відомий також під назвою першого закону термодинаміки. Закон збереження енергії є, мабуть, найважливішим із законів збереження, які застосовуються в фізиці.

Для деяких механічних систем на закон збереження вказував ще Лейбніц у 1686 році, для немеханічних процесів закон був встановлений Юліусом Робертом фон Майєром у 1845 році[1], Джеймсом Прескоттом Джоулем у 1843–1850 роках[2] та Германом фон Гельмгольцем у 1847 році[3].

Закон збереження механічної енергії[ред.ред. код]

У механіці закон збереження енергії стверджує, що в замкненій системі частинок, повна енергія, що є сумою кінетичної і потенціальної енергії не залежить від часу, тобто є інтегралом руху. Закон збереження енергії справедливий тільки для замкнених систем, тобто за умови відсутності зовнішніх полів чи взаємодій.

Сили взаємодії між тілами, для яких виконується закон збереження механічної енергії називаються консервативними силами. Закон збереження механічної енергії не виконується для сил тертя, оскільки за наявності сил тертя відбувається перетворення механічної енергії в теплову.

Математичне формулювання[ред.ред. код]

Еволюція механічної системи матеріальних точок з масами  m_i за другим законом Ньютона задовольняє системі рівнянь

 m_i\dot{\mathbf{v}_i} = \mathbf{F}_i ,

де  \mathbf{v}_i  — швидкості матеріальних точок, а  \mathbf{F}_i  — сили, що діють на ці точки.

Якщо подати сили, як суму потенціальних сил  \mathbf{F}_i^p і непотенціальних сил  \mathbf{F}_i^d , а потенціальні сили записати у вигляді

 \mathbf{F}_i^p = - \nabla_i U(\mathbf{r}_1, \mathbf{r}_2, \ldots \mathbf{r}_N) ,

то, домножуючи усі рівняння на  \mathbf{v}_i і можна отримати

 \frac{d}{dt}  \sum_i \frac{mv_i^2}{2} = -  \sum_i \frac{d\mathbf{r}_i}{dt}\cdot \nabla_i U(\mathbf{r}_1, \mathbf{r}_2, \ldots \mathbf{r}_N) + \sum_i \frac{d\mathbf{r}_i}{dt} \cdot \mathbf{F}_i^d

Перша сума в правій частині рівняння є ні чим іншим, як похідною по часу від складної функції, а отже, якщо ввести позначення

 E = \sum_i \frac{mv_i^2}{2} + U(\mathbf{r}_1, \mathbf{r}_2, \ldots \mathbf{r}_N)

і назвати цю величину механічною енергією, то, інтегруюючи рівняння від моменту часу t=0 до моменту часу t, можна отримати

 E(t) - E(0) = \int_L   \mathbf{F}_i^d \cdot d\mathbf{r}_i,

де інтегрування проводиться вздовж траєкторій руху матеріальних точок.

Таким чином,

Зміна механічної енергії системи матеріальних точок з часом дорівнює роботі непотенціальних сил.

Закон збереження енергії в механіці виконується тільки для систем, у яких всі сили потенціальні[4].

Ще на ранніх етапах розвитку фізики рівняння механіки використовувалися до небесних тіл, для яких непотенціальні сили, наприклад, сила тертя, дуже малі і ними можна знехтувати. Непотенціальних сил не існує також у мікросвіті атомів і молекул. В цих системах закон збереження механічної енергії відіграє ключову роль. А от на побутовому рівні, у світі земних природних явищ і машин, механічна енергія не зберігається. Тому повне формулювання закону збереження енергії вимагає вивчення теплових явищ.

Однорідність часу[ред.ред. код]

Закон збереження енергії пов'язаний із однорідністю часу, а саме із принципом, згідно з яким жодна мить жодним чином не відрізняється від іншої, тож одинакові фізичні системи за одинакових умов завжди еволюціонуватимуть однаково. Щодо цього закон збереження енергії є частковим випадком загальної теореми Нетер.

З точки зору аналітичної механіки, однорідність часу зводиться до твердження, що механіка Лагранжа чи Гамільтона класичної системи не залежить від часу безпосередньо, а лише опосередковано, через узагальнені координати.

В квантовій фізиці у випадку, коли гамільтоніан фізичної системи не залежеть від часу, можна перейти від часового рівняння Шредінгера до стаціонарного рівняння Шредінгера. В такому випадку енергія стає інтегралом руху, але приймає лише певні значення, визначені із розв'язку відповідної задачі на власні значення. Говорять, що енергія квантується.

Закон збереження енергії в термодинаміці[ред.ред. код]

У термодинаміці закон збереження енергії встановлює співвідношення між внутрішньою енергією тіла, кількістю теплоти, переданою тілу і виконаною роботою.

Термодинаміка вивчає здебільшого нерухомі тіла, кінетична і потенціальна енергія яких залишається незмінною. Однак, ці тіла можуть виконувати роботу над іншими тілами, якщо, наприклад, змінювати їхню температуру. Отже, оскільки нагріте тіло може виконувати роботу, воно має певну енергію. Ця енергія отримала назву внутрішньої енергії. З точки зору фізики мікросвіту — фізики атомів і молекул, внутрішня енергія тіла є сумою кінетичних і потенціальних енергії частинок, з яких це тіло складається. Однак, з огляду на велику кількість та малі розміри частинок і загалом невідомі закони їхньої взаємодії, внутрішню енергію тіла визначити важко, виходячи з його будови. Проте очевидно, що вона залежить від температури тіла.

Визначальним моментом для встановлення закону збереження енергії стало встановлення еквівалентності між теплом, кількісною характеристикою якого є кількість теплоти, і механічною роботою. Якщо тілу надати певну кількість теплоти Q, то частина її піде на виконання механічної роботи A, а частина на збільшення внутрішньої енергії тіла:

 Q = A + \Delta E ,

Ця формула складає основу першого закону термодинаміки.

Аналогічним чином при виконанні механічної роботи, частина енергії втрачається у вигляді тепла, тобто йде на підвищення температури тіла й навколишнього середовища.

Загалом сумарний притік енергії в систему мусить дорівнювати сумарному відтоку енергії з системи, плюс зміна енергії тіл, з яких складається сама система. Іншими словами, енергія може бути перетворена з одної форми в іншу, але не може бути створена чи знищена.

Закон збереження енергії виключає можливість створення вічного двигуна (perpetuum mobile) першого роду.

Рівняння неперервності[ред.ред. код]

В неізольованих фізичних системах енергія може перепливати із однієї просторової частини системи до іншої. В такому випадку закон збереження енергії набирає вигляду рівняння неперервності

 \frac{dw}{dt} + \text{div}\, \mathbf{J}_E  = 0,

де  w  — густина енергії,  \mathbf{J}_E  — густина потоку енергії.

Це рівняння означає, що зміна енергії певного елементарного об'єму з часом дорівнює різниці між притоком енергії в цей елементарний об'єм та відтоком енергії з нього.

Такий вигляд має, зокрема рівняння теплопровідності.

Перетворення енергії[ред.ред. код]

Енергія одного виду може перетворюватися в енергію іншого виду, наприклад, хімічна енергія може перетворюватися в теплову, а теплова енергія в механічну тощо.

В молекулі хімічної сполуки атоми зв'язані між собою хімічними зв'язками. Для того, щоб розірвати хімічний зв'язок потрібно затратити певну енергію, значення якої визначається типом зв'язку. В одних молекулах енергія зв'язку більша, в інших менша. Так, енергія зв'язку в молекулі вуглекислого газу СО2 більша, ніж сумарна енергія атома карбону у вугіллі й атомів оксигену в молекулі кисню O2. Тому можлива хімічна реакція горіння, внаслідок якої утворюється вуглекислий газ, а залишки хімічної енергії передаються поступальному, тепловому руху молекул, тобто перетворюються в тепло. Виділене внаслідок горіння тепло можна використати, наприклад, для нагріву пари в паровій турбіні, яка, обертаючись, створює електрорушійну силу в генераторі, продукуючи електроенергію. Електроенергія може, в свою чергу використовуватися для виконання механічної роботи, наприклад, підйому ліфта, або ж для освітлення, де електрична енергія перетворюється в енергію електромагнітних хвиль — світла.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. von J. R. Mayer Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur // Annalen der Chemie und Pharmacie. — 1842. — Т. 42. — С. 233–240.
  2. James Prescott Joule On the Calorific Effects of Magneto-Electricity, and on the Mechanical Value of Heat. — 1843. — 32 с.
  3. Hermann von Helmholtz Über die Erhaltung der Kraft. — Berlin: Druck und Verlag von G. Reimer, 1847. — С. 17. — 72 с.
  4. Хоча сила Лоренца, яка діє на рухомі електричні заряди не є потенціальною, вона не виконує роботи, тож у магнітному полі закон збереження енергії теж виконується.

Джерела[ред.ред. код]

  • Федорченко А. М. Теоретична механіка. — К : Вища школа, 1975. — 516 с.
  • Залевски К. Феноменологическая и статистическая термодинамика. — М.: Мир, 1973. — 168 с.
  • Яворський Б. М. Довідник з фізики: для інженерів та студентів вищих навч. закладів / Б. М. Яворський, А. А. Детлаф, А. К. Лебедєв. — Перекл. з 8-го, перероб. та випр., рос. вид. — Т.: Навчальна книга-Богдан, 2007. — 1034 с. — ISBN 966-692-818-3


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.