Este energia capacitatea de a lucra?

„Capacitatea de a lucra „este cu siguranță o definiție urâtă a energiei.

Este„ doar ”o definiție urât sau este de fapt o definiție incorectă ? Cred că ar putea fi, în funcție de modul exact în care este interpretat cuvântul „abilitate”. Dar dacă cuvintele sunt interpretate așa cum ar fi în vorbirea cotidiană și în viața de zi cu zi, aș spune că este o definiție incorectă.

ACTUALIZARE – Ce este o definiție a energiei care nu este urâtă?

Aceasta este o problemă dificilă. Definirea unui lucru care există în lumea reală (așa cum faceți în fizică ) este destul de diferită de definirea unui concept într-un cadru axiomatic (așa cum faceți în matematică).

De exemplu, cum „definiți” Muntele Everest? Ei bine, nu exact definiți ea, tu doar o descrii ! Descrieți unde este, descrieți cum arată, descrieți cât de înalt este, etc. Întrucât există un singur munte care are toate aceste proprietăți, vă lăsați cu o „definiție”.

La fel, dacă încep să descriu energia (adică enumerând diferite proprietăți ale energiei), în cele din urmă voi încheia cu o definiție a energiei (deoarece nimic, cu excepția energiei, nu are toate aceste proprietăți ). Iată:

• Următoarele sunt exemple de energie: energia cinetică, energia potențială electrică, energia potențială gravitațională, …

• Legile fundamentale ale fizicii sunt aceleași în fiecare moment – au fost aceleași ieri ca și astăzi. Acest fapt implică, conform teoremei lui Noether, că există o cantitate conservată în universul nostru … Această cantitate este energie.

• Relativitatea specială corelează energia cu masa / inerția.

• Relativitatea generală corelează energia cu curbura spațiu-timp.

• În mecanica cuantică, energia unui sistem este valoarea sa proprie în ceea ce privește operatorul hamiltonian.

• Orice alte lucruri pe care „le uit sau nu le-am învățat …

Toate aceste proprietăți sunt corelate, iar dintre ele se înțelege cu precizie și fără echivoc despre ceea ce este energia.

(Sunt sigur că unii oameni vor susține că un punct glonț este definiția fundamentală a energiei , în timp ce celelalte puncte glonț sunt „doar” consecințe derivate. Dar ar trebui să știți că aceasta este o decizie oarecum arbitrară. Același lucru este adevărat chiar și în matematică. Ce aspecte ale „varietății diferențiate” fac parte din definiția sa și ce aspecte sunt dovedite de teoreme? Diferite manuale nu vor fi de acord.)

Dar puteți rezolva această înțelegere a energiei într-o „definiție” dintr-o propoziție, care este corectă din punct de vedere tehnic și ușor de înțeles? Ei bine, nu pot și mă îndoiesc că cineva de pe pământ poate.

Comentarii

• Oh, acum înțeleg că este doar o definiție înșelătoare, Deci, ce este o definiție bună a energiei atunci?
• De fapt, aș spune că oricare energie este cantitatea conservată prin invarianța traducerii în timp și Teorema lui Noether ‘, sau este ‘ sarcina gravitațională ‘ în GR.
• Ei bine, de ce încearcă să o facă în liceul atunci.Îmi amintește de descrierea energiei din Lecturile despre fizică ale lui Feynmann, este un lucru abstract care are anumite proprietăți care o fac utilă oamenilor de știință.
• Ca întrebare de ce sunt obligați profesorii din liceu să definească energia într-o formă de o propoziție, care poate provoca confuzie?
• @KabeloMoiloa – ‘ vă întrebați ” De ce profesorii de fizică din liceu și manualele de fizică spun ocazional lucruri care sunt incorecte? ” Nu sunt în măsură să răspund la asta. Probabil sunt implicați mulți factori. Înțelegerea sistemului de învățământ este chiar mai dificilă decât înțelegerea energiei, după părerea mea !! 😛

1. A 2-a lege, reformată (așa cum ați făcut-o) în ceea ce privește eficiența Carnot, spune doar că scenariul ideal este că toată energia este transformată în funcțiune, în timp ce în realitate există o pierdere prin o anumită încălzire. Deci, nu „contrazice energia fiind abilitatea de a face muncă.

2. Expresia ta „ energia este abilitatea de a lucra „ este justificată de Teorema Work-Energy, adică $ W = \ triunghi KE $. Dacă nu ați început cu energia cinetică, atunci utilizați mai întâi Legea conservării energiei.

Comentarii

• Așa că vrei să spui că energia este abilitatea de a lucra atunci?
• ce se întâmplă dacă lucrarea de făcut este pur termică? Spuneți, extinderea unui gaz …
• Moiloa: căutați teorema / principiul. @ Menon: Poate fi refăcut în termeni termici sau electrici sau orice doriți.
• Chiar și în mod ideal, există întotdeauna o anumită pierdere – un motor termic (presupunând ciclic) nu poate converti niciodată toată energia sa de intrare în lucru.
• Această afirmație a teoremei muncă-energie este valabilă numai dacă o particulă sau centrul de masă al unui sistem multiparticular se traduce. Pot exista transferuri de energie în cadrul unui sistem care nu ‘ nu dau naștere traducerii nete. Dacă stau pe podea și mă împing de un perete cu mâna și îmi iau corpul ca sistem, cu siguranță nu se lucrează la mine (deoarece există ‘ deplasare neglijabilă la punctul de aplicare al forței zidului ‘ asupra mea), dar energia este consumată pentru că obosesc.

Mi-a plăcut și am folosit întotdeauna definiția energiei de la Feynman așa cum este articulată în The Feynman Lectures (nu aveți referința specifică în fața mea, dar ea ” s în volumul unu din capitolul despre conservarea energiei). Feynman definește energia ca un număr care nu se schimbă pe măsură ce Natura suferă procesele ei. Desigur, există destul de multe astfel de numere, dar totuși energia este unul dintre aceste numere. Puteți găsi și cartea Energie, conceptul subtil: descoperirea blocurilor lui Feynman de la Leibniz la Einstein de Jennifer Coopersmith o referință utilă.

Afirmația dvs. despre a doua lege este incorectă. Versiunea dvs. ar trebui să fie „nu există un motor termic care să poată prelua toată energia care i-a fost transferată prin căldură și să lucreze la un obiect într-un proces ciclic ”. (Cuvintele mele adăugate sunt în cursiv.)

Este cu siguranță adevărat că într-un proces neciclic toată căldura poate fi transformată în funcțiune. Gândiți-vă la extinderea unui gaz într-un cilindru cu un piston mobil care ridică o greutate.

În ceea ce privește definiția energiei, definirea acesteia ca fiind capacitatea de a lucra pare să fie o definiție cât se poate de bună obțineți cu ușurință.

În opinia mea, definirea Energiei ca fiind capacitatea de a efectua munca este o definiție bună, dar ar trebui să fie bine înțeles. Voi încerca să explic de ce în trei pași.

1. Deoarece spunem că energia reprezintă o capacitate, nu trebuie să fie neapărat actualizată , adică să lucreze de fapt. Acest lucru este deosebit de important atunci când se ia în considerare energia potențială.

Un gaz la temperatură ridicată are energie internă, dar pentru a fi transformat în lucru, este nevoie de acesta pentru a se extinde sau pentru a fi conectat la o răcire. rezervor de către un motor termic.

2. Este important să observăm că această definiție se referă implicit la munca pozitivă. Acest lucru este clar atunci când avem în vedere o coliziune frontală elastică între o masă m, cu viteza v și o masă identică m în repaus.
   Energia cinetică a bilei în mișcare este transformată în lucru și, în consecință, în energie cinetică a doua minge. În această situație, avem: $ v_ {1, i} = v_0 $ , $ v_ {1, f} = 0 $ , $ v_ {2, i} = 0 $ , $ v_ {2, f} = v_0 $ .

Lucrarea pe care o face prima masă în a doua este dată de $ W_ {1,2} = \ frac {mv ^ 2} {2} $ .

Lucrul negativ pe care mingea în repaus îl aplică pe prima bilă, $ W_ {2,1} = – \ frac {mv ^ 2} {2} $ , se datorează practic perechii forță acțiune-reacție.

Într-adevăr, energia cinectă a primei bile poate fi identificată exact în acest exemplu cu munca efectuată la a doua bilă. Pentru diferite mase, energia cinetică nu este complet transformată în lucru, dar nu contează în conformitate cu punctul 1.

3. O astfel de definiție a energiei nu ar trebui să fie limitată la munca macroscopică ( cunoscută și sub numele de lucrări utile sau lucrări de expansiune, în cazul gazelor). Acest lucru poate fi verificat prin comparația dintre ” 1 mol de gaz la 300 K $ și 1 mol de gaz la $ 500k $ ” versus ” 2 moli de gaz la $ 400K $ „.

S-ar putea extrage lucrări utile din primul sistem de o mașină de încălzit și nu de la cealaltă. Cu toate acestea, ambii au aceeași energie internă. S-ar putea observa o contradicție aparentă aici.

Multe alte exemple pot fi formulate pentru a crea o contradicție aparentă între o astfel de definiție a energiei precum capacitatea de a efectua lucrări și a doua lege a termodinamicii.

Soluția pentru astfel de exemple este că atunci când o anumită căldură este eliberată în mediu, particulele din împrejurimi își măresc energia cinetică medie și, prin urmare, s-a efectuat o lucrare de fapt la microscop level .

–

Acestea fiind spuse, în opinia mea, capacitatea de a efectua lucrări este într-adevăr o bună definiție a cantității ne referim la „Energie”.

În Prelegerile Feynman, energia este definită ca o cantitate care este conservată într-un sistem izolat. Acest lucru este absolut corect. Cu toate acestea, personal consider că acest lucru este prea matematic abstract și evită explicația reală a ” care înseamnă ” a unei astfel de cantități care este conservată prin toate procesele fizice.

În sfârșit, aș dori să sugerez și citirea scurtei lucrări de către JW Warren (1982) pentru European Journal Science Education: https://doi.org/10.1080/0140528820040308