Je energie schopnost pracovat?

„Schopnost pracovat „je určitě mizerná definice energie.

Je to„ pouze “ mizerná definice, nebo je to vlastně nesprávná definice? Myslím, že by to mohlo být buď, v závislosti na tom, jak přesně je slovo „schopnost“ interpretováno. Ale pokud jsou slova interpretována tak, jak by byla v každodenní řeči a každodenním životě, řekl bych, že je to nesprávná definice.

UPDATE – Jaká je definice energie, která není mizerná?

Toto je choulostivý problém. Definování věci, která existuje ve skutečném světě (jako vy ve fyzice) ) je zcela jiné než definovat koncept v rámci axiomatického rámce (jako to děláte v matematice).

Například, jak „definujete“ Mount Everest? Neurčíte přesně to, pouze popisujete to! Popíšete, kde to je, popíšete, jak to vypadá, popíšete, jak je vysoká atd. Jelikož existuje jen jedna hora, která má všechny tyto vlastnosti, skončíte s „definicí“.

Stejně tak, pokud začnu popisovat energii (tj. Vypsat různé vlastnosti energie), nakonec skončím s definicí energie (protože nic kromě energie nemá všechny tyto vlastnosti ). Tady je:

• Následují příklady energie: Kinetická energie, elektrická potenciální energie, gravitační potenciální energie, …

• Základní fyzikální zákony jsou v každém okamžiku stejné – včera byly stejné jako dnes. Tato skutečnost podle Noetherovy věty znamená, že v našem vesmíru existuje konzervovaná veličina … Tato kvantita je energie.

• Speciální relativita souvisí s energií s hmotou / setrvačností.

• Obecná relativita souvisí s energií se zakřivením časoprostoru.

• V kvantové mechanice je energie systému jeho vlastním číslem s ohledem na hamiltonovského operátora.

• Cokoli jiného jsem nezapomněl nebo jsem se ho nenaučil …

Všechny tyto vlastnosti spolu souvisejí a z nich bubliny zcela přesné a jednoznačné chápání toho, co je energie.

(Jsem si jist, že někteří lidé budou tvrdit, že jedna odrážka je základní definicí energie , zatímco ostatní odrážky jsou „pouze“ odvozenými důsledky. Měli byste však vědět, že jde o poněkud svévolné rozhodnutí. Totéž platí i v matematice. Které aspekty „diferencovatelného potrubí“ jsou součástí jeho definice a jaké aspekty jsou prokázány věty? Různé učebnice nesouhlasí.)

Ale můžete toto chápání energie převést do jedné věty „definice“, která je technicky správná a snadno pochopitelná? No, nemohu, a pochybuji, že by to kdokoli na Zemi mohl.

Komentáře

• Ach, nyní chápu, že je to jen zavádějící definice, Jaká je tedy dobrá definice energie?
• Ve skutečnosti bych řekl, že buď je energie kvantitou konzervovanou invariancí překladu času a Noether ‚ s teorémem, nebo je to ‚ gravitační náboj ‚ v GR.
• No, proč se to snaží udělat v pak střední školu.Připomíná mi to popis energie z Feynmannova přednášek o fyzice, je to abstraktní věc, která má určité vlastnosti, díky nimž je užitečná pro vědce.
• Otázka, proč jsou učitelé na střední škole povinni definovat energii ve formě jedné věty to může způsobit zmatek?
• @KabeloMoiloa – ptáte se ‚ “ proč říkají učitelé fyziky na střední škole a učebnice fyziky občas věci, které jsou nesprávné? “ nejsem v dobré pozici na to odpovědět. Pravděpodobně jde o mnoho faktorů. Pochopení vzdělávacího systému je podle mého názoru ještě obtížnější než pochopení energie !! 😛

1. Druhý zákon, přepracovaný (stejně jako vy) pokud jde o Carnotovu účinnost, pouze říká, že ideálním scénářem je veškerá energie přeměněná na práci, zatímco ve skutečnosti dochází ke ztrátě způsobené nějakým ohřevem. Takže to není v rozporu s energií v tom, že je schopna pracovat.

2. Vaše fráze „energie je schopnost pracovat“ je odůvodněna Věta o pracovní energii, tj. $ W = \ trojúhelník KE $. Pokud jste nezačali s kinetickou energií, použijte nejprve zákon o zachování energie.

Komentáře

• Takže máte na mysli, že energie je tedy schopnost dělat práci?
• co když je práce čistě tepelná? Řekněme, že rozšiřujeme plyn …
• Moiloa: Vyhledejte tu větu / princip. @ Menon: Může být přepracován z hlediska tepelného nebo elektrického nebo jak chcete.
• Dokonce i v ideálním případě vždy dojde ke ztrátě – tepelný motor (za předpokladu cyklického) nikdy nemůže přeměnit veškerou svou vstupní energii na práce.
• Toto tvrzení věty o pracovní energii je platné pouze v případě, že dojde k překladu částice nebo těžiště systému s více částmi. V systému mohou nastat přenosy energie, které ‚ nezpůsobí čistý překlad. Pokud stojím na podlaze a rukou tlačím o zeď a považuji své tělo za systém, určitě se na mě nepracuje (protože ‚ je zanedbatelné posunutí v místo použití síly stěny ‚ na mě), ale energie se vynakládá, protože jsem unavená.

Vždy se mi líbila a používala Feynmanova definice energie, jak je formulována ve Feynmanových přednáškách (nemám před sebou konkrétní odkaz, ale je to) s v prvním dílu v kapitole o úspoře energie). Feynman definuje energii jako číslo, které se nemění, protože Příroda prochází svými procesy. Samozřejmě existuje poměrně málo takových čísel, ale přesto je energie jedním z těchto čísel. Můžete také najít knihu Energie, jemný koncept: objev Feynmanových bloků z Leibnizu do Einsteinu Jennifer Coopersmith užitečný odkaz.

Vaše prohlášení o druhém zákoně je nesprávné. Vaše verze by měla být „neexistuje žádný tepelný stroj, který by dokázal odebrat veškerou energii, která byla do něj přenesena teplem, a pracovat na nějakém objektu v cyklickém procesu .“ (Moje přidaná slova jsou uvedena kurzívou.)

Je jistě pravda, že v necyklickém procesu lze všechno teplo přeměnit na práci. Přemýšlejte o expanzi plynu ve válci s pohyblivým pístem, který zvyšuje váhu.

Pokud jde o definici energie, její definování jako schopnosti vykonávat práci se jeví jako tak dobrá definice, jak se jen dá snadno získat.

Podle mého názoru je definice energie jako schopnosti vykonávat práci dobrou definicí, ale měla by být dobře pochopen. Pokusím se vysvětlit, proč ve třech krocích.

1. Protože říkáme, že energie představuje schopnost, ji není nutné nutně aktualizovat , tj. ve skutečnosti děláte nějakou práci. To je obzvláště důležité, když uvažujeme o potenciální energii.

Plyn o vysoké teplotě má vnitřní energii, ale aby se mohl přeměnit na práci, je třeba ji rozpínat nebo být připojen k chladné zásobník nějakým tepelným motorem.

2. Je důležité poznamenat, že tato definice implicitně odkazuje na pozitivní práci. To je jasné, když vezmeme v úvahu elastickou čelní kolizi mezi hmotou m, s rychlostí v, a stejnou hmotou m v klidu. Kinetická energie pohybující se koule se přemění na práci a následně v kinetickou energii druhého míče. V této situaci máme: $ v_ {1, i} = v_0 $ , $ v_ {1, f} = 0 $ , $ v_ {2, i} = 0 $ , $ v_ {2, f} = v_0 $ .

Práce, kterou první hmota provede ve druhé, je dána $ W_ {1,2} = \ frac {mv ^ 2} {2} $ .

Negativní práce, že míč v klidu platí pro první míč, $ W_ {2,1} = – \ frac {mv ^ 2} {2} $ je v zásadě způsobeno dvojicí síla-akce-reakce.

Energii kinectu první koule lze v tomto příkladu přesně identifikovat s prací provedenou na druhé kouli. U různých hmot není kinetická energie v práci plně převedena, ale podle bodu 1 to nevadí.

3. Taková definice energie by se neměla omezovat na makroskopickou práci ( také známé jako užitečné práce nebo expanzní práce v případě plynů). To lze ověřit porovnáním mezi “ 1 mol plynu při 300 K $ a 1 molem plynu při 500 000 $ “ proti “ 2 moly plynu při 400 000 $ $ „.

Z prvního systému by bylo možné extrahovat užitečnou práci tepelným strojem a ne od druhého. Oba však mají stejnou vnitřní energii. Lze zde pozorovat zjevný rozpor.

Lze formulovat mnoho dalších příkladů, které vytvoří zjevný rozpor mezi takovou definicí energie, jako je schopnost vykonávat práci, a druhým zákonem termodynamiky.

Řešení takových příkladů spočívá v tom, že když se uvolní určité množství tepla do prostředí, částice v okolí zvýší svou průměrnou kinetickou energii, a proto se ikroskopická práce ve skutečnosti prováděla level .

–

Podle mého názoru je tedy schopnost vykonávat práci dobrou definicí kvantity označujeme jako „Energie“.

Ve Feynmanových přednáškách je energie definována jako veličina, která je konzervována v izolovaném systému. To je naprosto správné. Osobně si však myslím, že je to příliš matematicky abstraktní a vyhýbáme se skutečnému vysvětlení “ smyslu “ takového množství, které je zachováno všechny fyzikální procesy.

Nakonec bych chtěl také navrhnout přečtení krátkého příspěvku JW Warren (1982) pro European Journal Science Education: https://doi.org/10.1080/0140528820040308