Er energi evnen til å gjøre arbeid?

«Evnen til å gjøre arbeid «er absolutt en elendig definisjon av energi.

Er det» bare «en elendig definisjon, eller er det faktisk en feil definisjon? Jeg tror det kan være enten, avhengig av nøyaktig hvordan ordet «evne» tolkes. Men hvis ordene blir tolket som de ville vært i daglig tale og hverdag, vil jeg si at det er en feil definisjon.

UPDATE – Hva er en definisjon av energi som ikke er elendig?

Dette er et vanskelig problem. Definere en ting som eksisterer i den virkelige verden (som du gjør i fysikk ) er ganske annerledes enn å definere et konsept innenfor et aksiomatisk rammeverk (som du gjør i matematikk).

For eksempel, hvordan «definerer du» Mount Everest? Vel, du trenger ikke nøyaktig definere det, du bare beskriver det! Du beskriver hvor det er, du beskriver hvordan det ser ut, du beskriver hvor høyt det er osv. Siden det bare er ett fjell som har alle disse egenskapene, slutter du med en «definisjon».

Likeledes, hvis jeg begynner å beskrive energi (dvs. liste ut forskjellige egenskaper av energi), vil jeg til slutt ende opp med en definisjon av energi (fordi ingenting bortsett fra energi har alle disse egenskapene ). Her går:

• Følgende er eksempler på energi: Kinetisk energi, elektrisk potensiell energi, gravitasjonspotensial energi, …

• Fysikkens grunnleggende lover er de samme i hvert øyeblikk – de var de samme i går som de er i dag. Dette faktum antyder, ved Noethers teorem, at det er en bevart mengde i vårt univers … Denne mengden er energi.

• Spesiell relativitet relaterer energi til masse / treghet.

• Generell relativitet relaterer energi til krumning av romtid.

• I kvantemekanikk er energien til et system dets egenverdi med hensyn til Hamilton-operatøren.

• Uansett andre ting jeg ikke glemmer eller ikke har lært …

Alle disse egenskapene henger sammen, og ut av dem bobler en helt presis og utvetydig forståelse av hva energi er.

(Jeg er sikker på at noen mennesker vil hevde at ett punkt er den grunnleggende definisjonen av energi , mens de andre punktene er «bare» avledede konsekvenser. Men du bør vite at dette er en noe vilkårlig beslutning. Det samme gjelder selv i matematikk. Hvilke aspekter av «differensierbar manifold» er en del av definisjonen, og hvilke aspekter er bevist av teoremer? Ulike lærebøker vil være uenige.)

Men kan du koke den forståelsen av energi ned i en setning «definisjon» som er teknisk riktig og lett å forstå? Vel, jeg kan ikke, og jeg tviler på at noen på jorden kan.

Kommentarer

• Nå, jeg forstår at det bare er en villedende definisjon, så hva er en god definisjon av energi da?
• Faktisk vil jeg si at begge energiene er den mengden som er konservert av tidsoversettelsesinvariansen og Noether ‘ s teorem, eller det er ‘ gravitasjonsladningen ‘ i GR.
• Vel, hvorfor prøver de å gjøre det i videregående da.Det minner meg om beskrivelsen av energi fra Feynmanns forelesninger om fysikk, det er en abstrakt ting som har visse egenskaper som gjør den nyttig for forskere.
• Som et spørsmål hvorfor er lærere på videregående pålagt å definere energi i en setningsform, som kan forårsake forvirring?
• @KabeloMoiloa – Du ‘ spør » Hvorfor sier fysikklærere og fysikklærbøker på videregående av og til ting som er feil? » Jeg er ikke i god posisjon til å svare på det. Sannsynligvis er mange faktorer involvert. Å forstå utdanningssystemet er enda vanskeligere enn å forstå energi, etter min mening !! 😛

1. 2. lov, omarbeidet (som du gjorde) når det gjelder effektivitet av Carnot, sier bare ideal scenariet er at all energi blir konvertert til arbeid mens i virkeligheten det er et tap gjennom noe oppvarming. Så det motsier ikke at energi er evnen til å gjøre arbeid.

2. Ditt uttrykk «energi er evnen til å gjøre arbeid» er rettferdiggjort av Arbeid-energi-teorem, dvs. $ W = \ trekant KE $. Hvis du ikke begynte med kinetisk energi, så bruk Conservation of Energy Law først.

Kommentarer

• Å så du mener energi er evnen til å gjøre arbeid da?
• hva om arbeidet som skal utføres er rent termisk? Si, utvid en gass …
• Moiloa: Slå opp den teoremet / prinsippet. @Menon: Det kan omarbeides når det gjelder termisk eller elektrisk eller hva du vil.
• Selv ideelt sett er det alltid noe tap – en varmemotor (forutsatt at den er syklisk) kan aldri konvertere all inngangsenergi til arbeid.
• Denne påstanden om arbeidsenergisetningen er bare gyldig hvis en partikkel, eller massesenteret til et multipartikkelsystem, oversettes. Det kan være energioverføringer i et system som ikke ‘ t gir opphav til netto oversettelse. Hvis jeg står på gulvet og skyver mot en vegg med hånden og tar kroppen min til å være systemet, er det absolutt ikke gjort noe arbeid med meg (fordi det ‘ er ubetydelig forskyvning ved brukspunktet for veggen ‘ s kraft på meg) men energi blir brukt fordi jeg blir lei.

Jeg har alltid likt og brukt Feynmans definisjon av energi slik den er artikulert i The Feynman Lectures (har ikke den spesifikke referansen foran meg, men den » s i bind 1 i kapittelet om energibesparelse). Feynman definerer energi som et tall som ikke endrer seg når naturen gjennomgår hennes prosesser. Det er selvfølgelig ganske mange slike tall, men likevel er energi et av disse tallene. Du kan også finne boka Energy, the Subtle Concept: The oppdagelse av Feynmans blokker fra Leibniz til Einstein av Jennifer Coopersmith en nyttig referanse.

Din uttalelse om den andre loven er feil. Versjonen din skal være «det er ingen varmemotor som kan ta all den energien som ble overført til den med varme og gjøre noe på et objekt i en syklisk prosess .» (Mine tilføyde ord er i kursiv.)

Det er absolutt sant at i en ikke-syklisk prosess kan all varmen konverteres til arbeid. Tenk på utvidelsen av en gass i en sylinder med et bevegelig stempel som øker vekten.

Når det gjelder definisjonen av energi, ser det ut til å være en så god definisjon som man kan definere den som kapasitet til å utføre arbeid. lett få.

Etter mitt syn er å definere energi som kapasitet til å utføre arbeid en god definisjon, men det burde være godt forstått. Jeg vil prøve å forklare hvorfor i tre trinn.

1. Siden vi sier at energi representerer en evne, trenger ikke nødvendigvis å bli aktualisert , dvs. faktisk gjør noe. Dette er spesielt viktig når man vurderer potensiell energi.

En gass ved høy temperatur har intern energi, men for å bli konvertert til arbeid, trenger man den for å utvides eller være koblet til en kjølig reservoar av en eller annen varmemotor.

2. Det er viktig å merke seg at denne definisjonen implisitt refererer til positivt arbeid. Dette er tydelig når vi vurderer en elastisk frontkollisjon mellom en masse m, med hastighet v og en identisk masse m i hvile.
   Den kinetiske energien til den bevegelige ballen blir omgjort til arbeid, og følgelig i kinetisk energi av den andre ballen. I denne situasjonen har vi: $ v_ {1, i} = v_0 $ , $ v_ {1, f} = 0 $ , $ v_ {2, i} = 0 $ , $ v_ {2, f} = v_0 $ .

Arbeidet som den første massen gjør i den andre, er gitt av $ W_ {1,2} = \ frac {mv ^ 2} {2} $ .

Det negative arbeidet som ballen i hvile gjelder på den første ballen, $ W_ {2,1} = – \ frac {mv ^ 2} {2} $ , skyldes i utgangspunktet handlings-reaksjonskraftparet.

Faktisk kan kinekt-energien til den første ballen nøyaktig identifiseres i dette eksemplet med arbeidet som utføres på den andre ballen. For forskjellige masser blir den kinetiske energien ikke fullstendig omgjort i arbeid, men det betyr ikke noe i henhold til punkt 1.

3. En slik definisjon av energi bør ikke være begrenset til makroskopisk arbeid ( også kjent som nyttig arbeid eller ekspansjonsarbeid, når det gjelder gasser). Dette kan verifiseres ved sammenligningen mellom » 1 mol gass i $ 300 K $ og 1 mol gass ved $ 500k $ » versus » 2 mol gass ved $ 400K $ «.

Man kan trekke ut nyttig arbeid fra det første systemet av en varmemaskin og ikke fra den andre. Imidlertid har begge de samme interne energiene. Man kan observere en tilsynelatende motsetning her.

Mange andre eksempler kan formuleres for å skape en tilsynelatende motsetning mellom en slik definisjon av energi som evnen til å utføre arbeid og den andre loven om termodynamikk.

Løsningen på slike eksempler er at når noe varme frigjøres til miljøet, øker partiklene i omgivelsene sin gjennomsnittlige kinetiske energi, og derfor ble noe faktisk utført på mikroskopisk nivå .

–

Når det er sagt, er evnen til å utføre arbeid etter min mening virkelig en god definisjon av mengden vi refererer til som «Energi».

I Feynman-forelesningene er energi definert som en størrelse som er konservert i et isolert system. Dette er helt riktig. Imidlertid føler jeg personlig at dette er for matematisk abstrakt og unngår den faktiske forklaringen av » som betyr » av en slik mengde som er bevart gjennom alle fysiske prosesser.

Til slutt vil jeg også foreslå at JW leser den korte oppgaven Warren (1982) for European Journal Science Education: https://doi.org/10.1080/0140528820040308