Преобразование энергии

Физика > Энергетические трансформации

Трансформация осуществляется, если энергия меняет формы и соответствует первому закону термодинамики.

Задача обучения

• Влияние первого закона термодинамики на полную энергию системы.

Основные пункты

• Полную энергию системы можно изменить при добавлении или вычитании энергии из нее.
• Иногда кажется, что энергия была потеряна, хотя она просто прошла через трансформацию.
• Эффективность преобразования описывает соотношение полезного выхода трансформации и поступления изначальной энергии.

Термины

• Маятник – тело, закрепленное на неподвижной опоре и вращающееся назад и вперед под влиянием силы тяжести. Обычно его применяют для регулировки разнообразных механизмов, вроде часов.
• Первый закон термодинамики – изменение внутренней энергии замкнутой системы приравнивается к количеству тепла, поданного в нее, за исключением объема выполненной работы.

Преобразование энергии – смена энергетической формы. Из первого закона термодинамики становится понятным, что полная энергия системы способна измениться только при добавлении или вычитании энергии из нее. Иногда кажется, будто энергия израсходовалась, хотя она просто перешла в другую форму. Например, двигатель внутреннего сгорания переводит потенциальную химическую энергию в тепловую. Далее она трансформируется в кинетическую, используемую для передвижения транспорта. Есть также и устройство для энергетической трансформации, которое именуют преобразователем.

При анализе энергетических трансформаций не стоит забывать об эффективности. Она описывает соотношение полезного выхода и ввода энергии. Некоторые способны достигать 100% эффективности. Возьмем маятник в условиях вакуума. Когда масса достигнет максимальной вершины, вся ее энергия будет пребывать в виде потенциальной. Но на наиболее низкой точке – в кинетической.

В анимации отображены векторы скорости и ускорения для маятника. Стоит отметить, что на максимальной высоте скорость приравнивается к нулю. Это отвечает нулевой кинетической энергии, а значит весь запас энергии маятника стал потенциальным. Когда масса пребывает в минимальной точке высоты, то энергия становится полностью кинетической

Однако эффективность процесса преобразования энергии не всегда столь высока. Например, в ветряной турбине максимум приходится на 59%. Фотосинтез переводит световую солнечную энергию в химическую при эффективности в 6%.

---