Onko energia kyky tehdä työtä?

”Työkyky ”on varmasti surkea energian määritelmä.

Onko se” vain ” kurja määritelmä vai onko se todella väärä määritelmä? Mielestäni se voisi olla joko riippuen siitä, miten sanaa ”kyky” tulkitaan. Mutta jos sanoja tulkitaan samalla tavalla kuin jokapäiväisessä puheessa ja jokapäiväisessä elämässä, sanoisin, että se on väärä määritelmä.

PÄIVITÄ – Mikä on energian määritelmä, joka ei ole kurja?

Tämä on hankala asia. Määritellä asia, joka on olemassa todellisessa maailmassa (kuten fysiikassa) ) on aivan erilainen kuin käsitteen määritteleminen aksiomaattisissa puitteissa (kuten matematiikassa).

Esimerkiksi, kuinka ”määrität” Mount Everestin? No, et tarkalleen määritä se vain kuvaa sitä! Kuvailet missä se on, kuvailet miltä se näyttää, kuinka korkea se on jne. Koska kaikilla näillä ominaisuuksilla on vain yksi vuori, päädytään ”määritelmään”.

Vastaavasti, jos aloitan kuvaamisen energian (eli luetellaan energian eri ominaisuuksia), lopulta päädyin energian määritelmään (koska millään muulla kuin energialla ei ole kaikkia näitä ominaisuuksia ). Täältä:

• Seuraavat ovat esimerkkejä energiasta: Kineettinen energia, sähköinen potentiaalienergia, gravitaatiopotentiaalienergia, …

• Fysiikan peruslait ovat samat joka hetki – ne olivat eilen samat kuin tänään. Tämä tosiasia merkitsee Noetherin lauseen mukaan, että maailmankaikkeumassamme on konservoitunut määrä … Tämä määrä on energiaa.

• Erityinen suhteellisuusteoria liittyy energiaan massaan / inertiaan.

• Yleinen suhteellisuusteorio viittaa energiaan aika-ajan kaarevuuteen.

• Kvanttimekaniikassa järjestelmän energia on sen ominaisarvo. suhteessa Hamiltonin operaattoriin.

• Mitä tahansa muuta mitä en ole unohtanut tai et ole oppinut …

Kaikki nämä ominaisuudet liittyvät toisiinsa, ja niistä kuplii täysin tarkka ja yksiselitteinen käsitys siitä, mikä energia on.

(Olen varma, että jotkut ihmiset väittävät, että yksi luetelmakohta on energian perusmäärittely , kun taas muut luetelmakohdat ovat ”vain” johdettuja seurauksia. Mutta sinun pitäisi tietää, että tämä on jonkin verran mielivaltainen päätös. Sama pätee myös matematiikassa. Mitkä ”eriteltävän moninaisen” osat ovat sen määritelmää ja mitkä näkökohdat ovat todistaneet lauseet? Eri oppikirjat ovat eri mieltä.)

Mutta pystytkö kokoamaan energian ymmärtämisen yhteen lauseeseen ”määritelmä”, joka on teknisesti oikea ja helppo ymmärtää? En voi, enkä epäile kenenkään maan päällä.

Kommentit

• Voi, nyt ymmärrän, että se on vain harhaanjohtava määritelmä, mikä siis on hyvä energian määritelmä?
• Itse sanoisin, että joko energia on ajanmuutosvariantin ja Noetherin ’ s lauseen säästämä määrä, tai se on ’ painovoima ’ GR: ssä.
• No, miksi he yrittävät tehdä sen lukio sitten.Se muistuttaa minua Feynmannin fysiikan luentojen kuvauksesta. Se on abstrakti asia, jolla on tiettyjä ominaisuuksia, jotka tekevät siitä hyödyllisen tutkijoille.
• Kysymyksenä, miksi lukion opettajien on määriteltävä energia yhden lauseen muodossa, mikä voi aiheuttaa sekaannusta?
• @KabeloMoiloa – Sinä ’ kysyt ” Miksi sanovatko lukion fysiikan opettajat ja fysiikan oppikirjat toisinaan virheellisiä asioita? ” En osaa vastata siihen. Mukana on todennäköisesti monia tekijöitä. Koulutusjärjestelmän ymmärtäminen on mielestäni vielä vaikeampaa kuin energian ymmärtäminen !! 😛

1. Toinen laki, uudelleenlaadittu (kuten sinäkin) Carnotin tehokkuuden kannalta vain sanotaan, että ihanteellinen skenaario on, että kaikki energia muunnetaan työhön, kun taas todellisuudessa menetetään jonkin verran lämmitystä. Joten se ei ole ristiriidassa energian kyvyn tehdä työtä.

2. Lauseesi ”energia on kyky tehdä työtä” on perusteltu Työ-energia-lause, ts. $ W = \ kolmio KE $. Jos et aloittanut kineettistä energiaa, käytä ensin energiansäästölakia.

Kommentit

• Voi siis tarkoitatko, että energia on kyky tehdä työtä?
• Entä jos tehtävä työ on puhtaasti lämpö? Sano, laajentamalla kaasua …
• Moiloa: Etsi tämä lause / periaate. @Menon: Se voidaan laatia uudelleen lämpö- tai sähköteknisesti tai mitä haluat.
• Vaikka ihanteellisimmillaankin, menetyksiä on aina – lämpömoottori (olettaen syklinen) ei voi koskaan muuntaa kaikkea syötettyä energiaansa työ.
• Tämä työenergia-lauseen lause on pätevä vain, jos hiukkanen tai monihiukkassysteemin massakeskus kääntyy. Järjestelmässä voi tapahtua energiansiirtoja, jotka eivät ’ t aiheuta nettomuuntoa. Jos seison lattialla ja työnnän seinää vasten kädelläni ja otan kehoni järjestelmäksi, minua ei todellakaan tehdä mitään työtä (koska siellä ’ on vähäinen siirtymä seinän käyttökohta ’ vaikuttaa minuun), mutta energiaa kuluu, koska väsyn.

Olen aina pitänyt ja käyttänyt Feynmanin energiamääritelmää, joka on ilmaistu Feynman-luennoissa (ei ole erityistä viittausta edessäni, mutta se ” s. ensimmäisen osan energian säästöä koskevassa luvussa). Feynman määrittelee energian lukumääräksi, joka ei muutu, kun luonto käy läpi hänen prosessinsa. Tällaisia lukuja on tietysti melko paljon, mutta energia on kuitenkin yksi niistä numeroista. Löydät myös kirjan Energia, hienovarainen käsite: Jennifer Coopersmith löytää Feynmanin lohkot Leibnizistä Einsteiniin hyödyllinen viite.

Lausuntosi toisesta laista on virheellinen. Versiosi tulisi olla ”ei ole lämpömoottoria, joka voi ottaa kaiken osan lämmöstä siihen siirtyneestä energiasta ja tehdä töitä jollakin esineellä syklisessä prosessissa ”. (Lisätyt sanani ovat kursiivilla.)

On totta, että ei-syklisessä prosessissa kaikki lämpö voidaan muuntaa työhön. Ajattele kaasun laajenemista sylinterissä, jossa liikkuva mäntä nostaa painoa.

Mitä tulee energian määrittelyyn, sen määritteleminen työkyvyksi näyttää olevan yhtä hyvä määritelmä kuin mahdollista. helposti.

Minun mielestäni energian määritteleminen työn suorittamiseen on hyvä määritelmä, mutta sen pitäisi olla hyvin ymmärretty. Yritän selittää miksi kolmessa vaiheessa.

1. Koska sanomme, että energia edustaa kykyä, sitä ei tarvitse välttämättä aktualisoida eli itse asiassa tee jotain. Tämä on erityisen tärkeää harkittaessa potentiaalista energiaa.

Korkeassa lämpötilassa olevalla kaasulla on sisäistä energiaa, mutta muunnettavaksi työksi sen on laajennuttava tai liitettävä viileään jonkin lämpökoneen säiliö.

2. On tärkeää huomata, että tämä määritelmä viittaa implisiittisesti positiiviseen työhön. Tämä on selvää, kun otetaan huomioon elastinen etutörmäys massan m, nopeudella v, ja identtisen massan m välillä levossa.
   Liikkuvan pallon kineettinen energia muunnetaan työksi ja siten kineettiseksi energiaksi. toisen pallon. Tässä tilanteessa meillä on: $ v_ {1, i} = v_0 $ , $ v_ {1, f} = 0 $ , $ v_ {2, i} = 0 $ , $ v_ {2, f} = v_0 $ .

Työn, jonka ensimmäinen massa tekee toisessa, antaa $ W_ {1,2} = \ frac {mv ^ 2} {2} $ .

Negatiivinen työ, jonka levossa oleva pallo soveltaa ensimmäiseen palloon, $ W_ {2,1} = – \ frac {mv ^ 2} {2} $ , johtuu periaatteessa toiminta-reaktio-voimaparista.

Ensimmäisen pallon kinect-energia voidaan todellakin tunnistaa tässä esimerkissä toisella pallolla suoritetulla työllä. Eri massojen kohdalla kineettinen energia ei muutu täysin töissä, mutta sillä ei ole merkitystä kohdan 1 mukaisesti.

3. Tällaista energian määrittelyä ei tulisi rajoittaa makroskooppiseen työhön ( tunnetaan myös nimellä hyödyllinen työ tai laajennustyö kaasujen tapauksessa). Tämä voidaan varmistaa vertaamalla ” 1 mol kaasua 300 dollaria K $ ja 1 mol kaasua $ 500k $ ” vs. ” 2 moolia kaasua $ 400K $ ”.

Ensimmäisestä järjestelmästä voidaan poimia hyödyllistä työtä lämpökoneella ja ei toisesta. Molemmilla on kuitenkin sama sisäinen energia. Tässä voidaan havaita ilmeinen ristiriita.

Monia muita esimerkkejä voidaan muotoilla luomaan ilmeinen ristiriita energian määritelmän, kuten kyvyn suorittaa työtä, ja toisen termodynamiikan lain välillä.

Ratkaisu tällaisiin esimerkkeihin on, että kun jonkin verran lämpöä vapautuu ympäristöön, ympäristössä olevat hiukkaset lisäävät keskimääräistä kineettistä energiaansa, ja siksi mikään työ suoritettiin mikroskoopilla taso .

–

Siitä huolimatta mielestäni kyky suorittaa työtä on todellakin hyvä määritelmä määrälle me kutsumme sitä nimellä ”energia”.

Feynman-luennoissa energia määritellään määräksi, joka on säilynyt eristetyssä järjestelmässä. Tämä on aivan oikein. Olen kuitenkin henkilökohtaisesti sitä mieltä, että tämä on matemaattisesti liian abstraktia ja välttää ” -todistuksen, joka tarkoittaa ” sellaista määrää, joka on säästetty läpi kaikki fyysiset prosessit.

Lopuksi haluaisin myös ehdottaa, että JW lukisi lyhyen artikkelin Warren (1982) European Journal Science Education -lehdelle: https://doi.org/10.1080/0140528820040308