Az energia a munka képessége?

“A munkavégzés képessége “minden bizonnyal az energia silány meghatározása.

” Csak “ silány definíció, vagy valójában helytelen definíció? Szerintem az is lehet, attól függően, hogy pontosan hogyan értelmezik a “képesség” szót. De ha a szavakat úgy értelmezzük, mint a mindennapi beszédben és a mindennapi életben, akkor azt mondanám, hogy ez helytelen meghatározás.

UPDATE – Mi az energia definíciója, amely nem silány?

Ez egy trükkös kérdés. A valós világban létező dolgok meghatározása (például a fizikában) ) egészen más, mint egy fogalmat axiomatikus keretek között definiálni (mint például a matematikában).

Például hogyan “definiálja” a Mount Everestet? Nos, nem pontosan definiálja it, csupán leírja azt! Leírja, hol van, leírja, hogy néz ki, leírja, milyen magas stb. Mivel csak egy hegy rendelkezik mindezekkel a tulajdonságokkal, a “definícióval” zárul.

Hasonlóképpen, ha elkezdem leírni az energiát (vagyis felsorolom az energia különféle tulajdonságait), akkor végül az energia definíciójával fogok lezárni (mert az energián kívül semmi sem rendelkezik mindezekkel a tulajdonságokkal) ). Itt van:

• Az alábbiak az energia példái: Kinetikus energia, elektromos potenciális energia, gravitációs potenciális energia, …

• A fizika alaptörvényei az idő minden pillanatában ugyanazok – tegnap is ugyanazok voltak, mint ma. Ez a tény azt jelenti Noether tételéből, hogy az univerzumunkban van egy konzervált mennyiség … Ez a mennyiség energia.

• A speciális relativitáselmélet az energiát a tömeghez / tehetetlenséghez kapcsolja.

• Az általános relativitáselmélet az energiát a téridő görbületéhez kapcsolja.

• A kvantummechanikában a rendszer energiája a sajátértéke a hamiltoni operátorral szemben.

• Bármi más dolgot sem felejtettem el, vagy nem tanultam meg …

Mindezek a tulajdonságok összefüggenek egymással, és belőlük teljesen pontos és egyértelmű megértés nyílik meg arról, hogy mi az energia.

(Biztos vagyok benne, hogy egyesek azt fogják állítani, hogy az egyik alapvető pont az energia meghatározása. , míg a többi felsorolás “csupán” levezetett következmény. De tudnia kell, hogy ez kissé önkényes döntés. Ugyanez igaz még a matematikában is. A “differenciálható sokaság” milyen aspektusai tartoznak a meghatározásához, és milyen szempontok bizonyítják tételek? Különböző tankönyvek nem fognak egyetérteni.)

De össze tudja-e bontani az energia megértését egy mondatban, amely technikailag korrekt és könnyen érthető? Nos, nem tudom, és kétlem, hogy bárki a világon képes lenne rá.

Megjegyzések

• Ó, most már megértettem, hogy ez csupán félrevezető meghatározás, tehát akkor mi az energia jó meghatározása?
• Valójában azt mondanám, hogy bármelyik energia az időátalakítási invariancia és a Noether ‘ s tétel által konzervált mennyiség, vagy ez a ‘ gravitációs töltés ‘ a GR-ben.
• Nos, miért próbálják ezt megtenni középiskola akkor.Emlékeztet a Feynmann-féle fizikai előadások energiájának leírására, ez egy elvont dolog, amelynek bizonyos tulajdonságai vannak, amelyek hasznossá teszik a tudósok számára.
• Kérdésként miért van szükségük a középiskolai tanároknak az energia meghatározására egy mondatos formában ez zavart okozhat?
• @KabeloMoiloa – Ön ‘ azt kérdezi, ” Miért vajon a középiskolai fizikatanárok és a fizika tankönyvek időnként helytelen dolgokat mondanak? ” erre nem vagyok megfelelő válaszolni. Valószínűleg sok tényező érintett. Az oktatási rendszer megértése véleményem szerint még nehezebb, mint az energia megértése !! 😛

1. Az átdolgozott 2. törvény (ahogy te tetted) a Carnot-hatékonyság szempontjából csak annyit mond, hogy az ideális forgatókönyv szerint az összes energiát munkára alakítják, míg a valóságban némi fűtés okoz veszteséget. Tehát nem áll ellentmondásban az energiának a munkaképességnek.

2. A “az energia a munkavégzés képessége” kifejezést a Munka-energia tétel, azaz $ W = \ háromszög KE $. Ha nem kinetikus energiával indult, akkor először használja az Energiavédelem törvényét.

Megjegyzések

• Ja, úgy érted, hogy az energia akkor a munka képessége?
• Mi van, ha az elvégzendő munka pusztán termikus? Mondjuk, egy gáz bővítése …
• Moiloa: Keresse meg ezt a tételt / elvet. @Menon: Átdolgozható termikus vagy elektromos szempontból, vagy bármi, amit csak akar.
• Még ideális esetben is mindig van némi veszteség – a hőmotor (ciklikusnak feltételezve) soha nem tudja az összes bemenő energiáját átalakítani munka.
• A munka-energia tétel ezen állítása csak akkor érvényes, ha egy részecske vagy egy többrészes rendszer tömegközéppontja lefordul. Energiaátadások történhetnek egy olyan rendszeren belül, amely nem ‘ nem okoz nettó fordítást. Ha a földön állok és a kezemmel a falnak nyomom, és a testemet veszem a rendszernek, akkor bizonyosan nem végeznek velem munkát (mert ‘ elhanyagolható elmozdulás a a fal alkalmazási pontja ‘ rám hat), de az energia azért merül el, mert elfáradok.

Mindig is tetszett és használtam a Feynman-féle energia-definíciót, amelyet a Feynman-előadások fogalmaztak meg (ne legyen előttem a konkrét hivatkozás, de ez ” s az energia megőrzéséről szóló fejezet első kötetében). Feynman az energiát olyan számként definiálja, amely nem változik, miközben a Természet folyamatokon megy keresztül. Természetesen van ilyen szám, de ennek ellenére az energia egyike ezeknek a számoknak. Találhatja az Energia, a finom fogalom: Feynman blokkjainak felfedezése Leibniztől Einsteinig Jennifer Coopersmith hasznos hivatkozás.

A második törvény állítása téves. Az Ön verziójának a következőnek kell lennie: “nincs olyan hőmotor, amely képes lenne felvenni az összes energiát, amelyet a hő továbbított rá, és valamilyen tárgyat ciklikus folyamat ban végezhet. (A hozzáadott szavak dőlt betűvel vannak feltüntetve.)

Az biztos, hogy egy nem ciklikus folyamatban az egész hő munkává alakítható. Gondoljon a gáz tágulására egy hengerben, amelynek mozgatható dugattyúja megnöveli a súlyt.

Ami az energia meghatározását illeti, úgy tűnik, hogy a munka képességének meghatározása olyan jó definíció, mint amennyire csak lehet. könnyen megszerezhető.

Véleményem szerint az energia meghatározása a munka elvégzésének képességeként jó definíció, de meg kell jól érthető legyen. Három lépésben megpróbálom elmagyarázni, miért.

1. Mivel azt mondjuk, hogy az energia képességet képvisel, nem kell feltétlenül aktualizálni , vagyis tényleg végezzen valamilyen munkát. Ez különösen fontos, ha valaki potenciális energiát fontolgat.

A magas hőmérsékletű gáz belső energiával rendelkezik, de munkává való átalakulásához meg kell terjeszkednie vagy hűvöshöz kell kapcsolódnia. valamilyen hőmotor tartálya.

2. Fontos megfigyelni, hogy ez a meghatározás implicit módon a pozitív munkára utal. Ez egyértelmű, ha figyelembe vesszük az m tömeg (v sebességgel) és a nyugalmi állapotban lévő m tömeg közötti rugalmas frontális ütközést.
   A mozgó golyó kinetikus energiája munkává és következésképpen kinetikus energiává alakul át. a második labda. Ebben a helyzetben a következőket tehetjük meg: $ v_ {1, i} = v_0 $ , $ v_ {1, f} = 0 $ , $ v_ {2, i} = 0 $ , $ v_ {2, f} = v_0 $ .

Azt a munkát, amelyet az első mise a másodikban végez, a $ W_ {1,2} = \ frac {mv ^ 2} {2} $ .

Az a negatív munka, amelyet a nyugalmi labda az első golyóra alkalmaz, $ W_ {2,1} = – \ frac {mv ^ 2} {2} $ , alapvetően az akció-reakció erő párnak köszönhető.

Valójában az első golyó kinektikus energiáját pontosan azonosíthatjuk ebben a példában a második golyón végzett munkával. Különböző tömegek esetén a kinetikus energia nem teljesen konvertálódik a munkában, de az 1. pont szerint nem számít.

3. Az energia ilyen meghatározása nem korlátozódhat makroszkopikus munkára ( gázok esetében hasznos munkának vagy bővítési munkának is nevezik). Ez ellenőrizhető az ” 1 mol gáz 300 USD K $ és 1 mol gáz összehasonlításával $ 500k $ ” szemben ” 2 mol gáz $ 400K $ “.

Előfordulhat, hogy az első rendszerből hasznos munkákat von le egy hőgép, és nem a másiktól. Mindkettőjüknek ugyanakkora a belső energiája. Itt látszólagos ellentmondást figyelhetünk meg.

Sok más példa megfogalmazható úgy, hogy látszólagos ellentmondást hozzon létre az energia olyan meghatározása között, mint a munkavégzés képessége és a termodinamika második törvénye.

Az ilyen példák megoldása az, hogy amikor némi hő felszabadul a környezetbe, a környezetben lévő részecskék megnövelik átlagos kinetikus energiájukat, és ezért munkát valóban mikroszkóppal végeztek szint .

–

Ez azt jelenti, hogy véleményem szerint a munka elvégzésének képessége valóban jól meghatározza a mennyiséget “Energiának” nevezzük.

A Feynman-előadásokban az energiát olyan mennyiségként definiáljuk, amely egy elszigetelt rendszerben konzerválódik. Ez teljesen helyes. Én azonban személy szerint úgy gondolom, hogy ez matematikailag túl elvont, és elkerüli az ilyen mennyiség ” ” jelentését, amely révén minden fizikai folyamat.

Végül szeretném javasolni JW rövid írásának elolvasását is Warren (1982), az European Journal Science Education munkatársa: https://doi.org/10.1080/0140528820040308