Закон сохранения энергии выводы

т. е. направления потока и поля индукци­онного тока совпадают. Знак минус в фор­муле (123.2) является математическим выражением правила Ленца — общего правила для нахождения направления ин­дукционного тока, выведенного в 1833 г.

Правило Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного по­тока, вызвавшего этот индукционный ток.

Закон Фарадея (см. (123.2)) может быть непосредственно получен из закона сохранения энергии, как это впервые сде­лал Г. Гельмгольц. Рассмотрим проводник с током I, который помещен в однородное магнитное поле, перпендикулярное плоско­сти контура, и может свободно переме­щаться (см. рис. 177). Под действием си­лы Ампера F, направление которой пока­зано на рисунке, проводник перемещается на отрезок dx. Таким образом, сила Ампе­ра производит работу (см.(121.1)) dA=IdФ, где dФ — пересеченный проводни­ком магнитный поток.

Если полное сопротивление контура равно R, то, согласно закону сохранения энергии, работа источника тока за вре­мя dt (ξIdt) будет складываться из рабо­ты на джоулеву теплоту (I 2 Rdt) и работы по перемещению проводника в магнитном поле (IdФ):

где-dФ/dt=ξi есть не что иное, как закон Фарадея (см. (123.2)).

Закон Фарадея можно сформулиро­вать еще таким образом: э.д.с. ξi элек­тромагнитной индукции в контуре числен­но равна и противоположна по знаку ско­рости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим конту­ром. Этот закон является универсальным: э.д.с. ξi не зависит от способа изменения магнитного потока.

Э.д.с. электромагнитной индукции выражается в вольтах. Действительно, учитывая, что единицей магнитного потока является вебер (Вб), получим

Какова природа э.д.с. электромагнит­ной индукции? Если проводник (подвиж­ная перемычка контура на рис. 177) дви-

жется в постоянном магнитном поле, то сила Лоренца, действующая на заряды внутри проводника, движущиеся вместе с проводником, будет направлена противо­положно току, т. е. она будет создавать в проводнике индукционный ток противо­положного направления (за направление электрического тока принимается движе­ние положительных зарядов). Таким обра­зом, возбуждение э.д.с. индукции при движении контура в постоянном магнит­ном поле объясняется действием силы Ло­ренца, возникающей при движении про­водника.

Согласно закону Фарадея, возникнове­ние э.д.с. электромагнитной индукции возможно и в случае неподвижного кон­тура, находящегося в переменном магнит­ном поле. Однако сила Лоренца на непод­вижные заряды не действует, поэтому в данном случае ею нельзя объяснить воз­никновение э.д.с. индукции. Максвелл для объяснения э.д.с. индукции в непод­вижных проводниках предположил, что всякое переменное магнитное поле воз­буждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в проводнике. Циркуляция векто­ра ЕВ этого поля по любому неподвижному контуру L проводника представляет собой э.д.с. электромагнитной индукции:

Законы сохранения энергии

Сила является консервативной, если работа* этой силы не зависит от траектории. Другими словами, работа консервативных сил по замкнутому контуру равна нулю. Примерами консервативных сил являются сила тяжести, сила упругости.

Механическая работа *[A]— это физическая величина , являющаяся скалярной количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от численной величины, направления силы (сил) и от перемещения точки (точек), тела или системы.

где: — вектор силы, — перемещение, — угол между направлением действия силы и перемещением. Механическая работа измеряется в Джоулях.

Тело движется по траектории A-B-C-D в поле действия силы тяжести. Тогда работа силы тяжести над телом на каждом промежутке пути будет равна:

Закон сохранения механической энергии: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействие между которыми осуществляется через консервативные силы, с течением времени не изменяется.

Необходимо разобраться, какие силы являются консервативными и что такое полная механическая энергия.

Полная механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергий.

Кинетическая энергия [] — скалярная величина , являющаяся мерой движения материальной точки и зависящая только от массы и модуля скорости материальной точки . Другими словами, это энергия, которую тело имеет только при движении. Когда тело не движется, кинетическая энергия равна нулю.

Изменение кинетической энергии равно работе всех сил, приложенных к телу.

Потенциальная энергия [] — скалярная величина , представляющая собой часть полной механической энергии материальной точки, находящейся в поле консервативных сил . Зависит от положения материальной точки .

Приращение потенциальной энергии равно работе консервативных сил, взятой с обратным знаком:

В школьном курсе физике основными являются потенциальная энергия гравитационного поля Земли (1) и потенциальная энергия сжатой пружины (2).

Если на тело действуют неконсервативные силы ( например, сила трения), изменение полной механической энергии тела равно работе неконсервативной силы. Это обусловлено тем, что при трении часть механической энергии затрачивается на нагревание тела.

Шарик массой 1 г положили на пружину, которая была сжата на 2 см. Для сжатия пружины была приложена сила в 20 Н. Чему равна начальная скорость шарика после освобождения пружины?

Согласно закону сохранения механической энергии, полная энергия системы не изменится. В данном случае, потенциальная энергия сжатой пружины перейдет в кинетическую энергию шарика:

Для определения скорости необходимо знать жёсткость пружины. Эту величину можно получить зная силу упругости:

Тело массой 2 кг соскальзывает с горки высотой 4,5 м по наклонной поверхности, плавно переходящей в цилиндрическую поверхность радиуса 2 м. С какой силой тело давит на цилиндрическую поверхность в точке B, если работа силы трения при движении до этой точки равна 40Дж?

Согласно закону сохранения импульса:

E1— полная механическая энергия тела, равная потенциальной энергии тела, относительно точки B

E2— полная механическая энергия тела, равная кинетической энергии в точке B

Согласно 2 закону ньютона, сила, с которой тело давит на трубу в точке B равно произведению массы на центростремительное ускорение:

Полная энергия электромагнитного контура не изменяется с течением времени, если в контуре отсутствуют или пренебрежимо малы тепловые потери.

Полная электромагнитная энергия складывается из энергии электрических полей в конденсаторах и магнитного поля в катушках индуктивности.

Энергия электрического поля [Wконд], создаваемого заряженным конденсатором емкостью C, равна:

Энергия магнитного поля [Wкат.], создаваемого индуктивным элементом с индуктивностью L равна:

Тогда полная энергия электромагнитной системы равна:

Если в цепи присутствуют нагревательные элементы, то часть электромагнитной энергии переходит в тепловую:

— работа сторонних сил источника:

Q Количество теплоты, выделяющееся на участке

Aмех любая механическая работа, совершаемая в цепи (например, раздвижение обкладок конденсатора).

Можно заметить, что законы сохранения различных видов энергии схожи. Отличие ЗСЭ в отдельных разделах физики обусловлены только различной природой возникновения энергии в системах, изучаемых этими разделами. Стоит отметить, что тепловые потери являются основными, независимо от вида физической системы.

В идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности равна 5 мА, а амплитуда колебаний на обкладках конденсатора равна 2,5 нКл. В некоторый момент времени сила тока в катушке равна 3 мА. Найти модуль заряда обкладки конденсатора.

q=2,5 нКл=2,5∙10 -9 Кл

Так как контур идеальный, потерь энергии не будет происходить, тогда следующее уравнение справедливо для любого момента времени:

Чтобы упростить формулу (2) слагаемые домножим на 2 и разделим на L:

Подставив формулу (1), получим:

После того, как конденсатору колебательного контура был сообщен заряд 1 мкКл, в контуре происходят затухающие электромагнитные колебания. Какое количество теплоты выделится в контуре к тому времени, когда колебания полностью затухнут? Емкость конденсатора 0,01 мкФ.

В контуре совершаются затухающие колебания с выделением тепла, то есть часть электромагнитной энергии переходит в теплоту:

К моменту времени, когда колебания полностью затухнут, изменение энергии контура станет равно энергии электрического поля конденсатора в момент, когда конденсатору был сообщен заряд:

Работа сторонних сил и механическая работа равны нулю, тогда:

Автор статьи: Ларкин Кирилл Игоревич

Редактор: Агеева Любовь Александровна

Закон сохранения механической энергии

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна приращению потенциальной энергиител, взятому с противоположным знаком:

По теореме о кинетической энергии эта работа равна приращению кинетической энергии тел:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = Ek+ Epназываютполной механической энергией. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

Пример применения закона сохранения энергии – нахождение минимальной прочности легкой нерастяжимой нити, удерживающей тело массой m при его вращении в вертикальной плоскости (задача Х. Гюйгенса). Рис. 1.1.16 поясняет решение этой задачи.

К задаче Христиана Гюйгенса. – сила натяжения нити в нижней точке траектории.

Закон сохранения энергии для тела в верхней и нижней точках траектории записывается в виде:

Обратим внимание на то, что сила натяжения нити всегда перпендикулярна скорости тела; поэтому она не совершает работы.

При минимальной скорости вращения натяжение нити в верхней точке равно нулю и, следовательно, центростремительное ускорение телу в верхней точке сообщается только силой тяжести:

Из этих соотношений следует:

Центростремительное ускорение в нижней точке создается силами и направленными в противоположные стороны:

Отсюда следует, что при минимальной скорости тела в верхней точке натяжение нити в нижней точке будет по модулю равно

Прочность нити должна, очевидно, превышать это значение.

Очень важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется.Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую.

Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии (рис. 1.1.17).

Один из проектов «вечного двигателя». Почему эта машина не будет работать?

История хранит немалое число проектов «вечного двигателя». В некоторых из них ошибки «изобретателя» очевидны, в других эти ошибки замаскированы сложной конструкцией прибора, и бывает очень непросто понять, почему эта машина не будет работать. Бесплодные попытки создания «вечного двигателя» продолжаются и в наше время. Все эти попытки обречены на неудачу, так как закон сохранения и превращения энергии «запрещает» получение работы без затраты энергии.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ:

Внимательно рассмотрите окно опыта. Найдите все регуляторы и другие основные элементы. Зарисуйте в свой конспект схему опыта.

После нажатия мышью кнопки «Выбор» установите с помощью движков регуляторов значения массы тела m, угла наклона плоскости, внешней силыFвн,коэффициента тренияи ускоренияа, указанных в табл.1 для вашей бригады.

Потренируйтесь в синхронном включении секундомера и снятия метки «тело закреплено» одиночным щелчком курсора мыши на кнопке в правом нижнем углу окна опыта

Одновременно включите секундомер и снимите метку «тело закреплено». Выключите секундомер в момент остановки тела в конце наклонной плоскости.

Проделайте этот опыт 10 раз и результаты измерения времени соскальзывания тела с наклонной плоскости запишите в табл. 2.

Законы сохранения энергии и импульса. Упругие и неупругие столкновения.

Закон сохранения импульса

Начну с пары определений, без знания которых дальнейшее рассмотрение вопроса будет бессмысленным.

Сопротивление, которое оказывает тело при попытке привести его в движение или изменить его скорость, называется инертностью.

Мера инертности – масса.

Таким образом можно сделать следующие выводы:

  1. Чем больше масса тела, тем большее оно оказывает сопротивление силам, которые пытаются вывести его из состояния покоя.
  2. Чем больше масса тела, тем большее оно оказывает сопротивление силам, которые пытаются изменить его скорость в случае, если тело движется равномерно.

Резюмируя можно сказать, что инертность тела противодействует попыткам придать телу ускорение. А масса служит показателем уровня инертности. Чем больше масса, тем большую силу нужно применить для воздействия на тело, чтобы придать ему ускорение.

Замкнутая система (изолированная) – система тел, на которую не оказывают влияние другие тела не входящие в эту систему. Тела в такой системе взаимодействуют только между собой.

Если хотя бы одно из двух условий выше не выполняется, то систему замкнутой назвать нельзя. Пусть есть система, состоящая из двух материальных точек, обладающими скоростями и соответственно. Представим, что между точками произошло взаимодействие, в результате которого скорости точек изменились. Обозначим через и приращения этих скоростей за время взаимодействия между точками . Будем считать, что приращения имеют противоположные направления и связаны соотношением . Мы знаем, что коэффициенты и не зависят от характера взаимодействия материальных точек — это подтверждено множеством экспериментов. Коэффициенты и являются характеристиками самих точек. Эти коэффициенты называются массами (инертными массами). Приведенное соотношения для приращения скоростей и масс можно описать следующим образом.

Отношение масс двух материальных точек равно отношению приращений скоростей этих материальных точек в результате взаимодействия между ними.

Представленное выше соотношение можно представить в другом виде. Обозначим скорости тел до взаимодействия как и соответственно, а после взаимодействия — и . В этом случае приращения скоростей могут быть представлены в таком виде — и . Следовательно, соотношение можно записать так — .

Импульс (количество энергии материальной точки) – вектор равный произведению массы материальной точки на вектор ее скорости —

Импульс системы (количество движения системы материальных точек) – векторная сумма импульсов материальных точек, из которых эта система состоит — .

Можно сделать вывод, что в случае замкнутой системы импульс до и после взаимодействия материальных точек должен остаться тем же — , где и . Можно сформулировать закон закон сохранения импульса.

Импульс изолированной системы остается постоянным во времени, независимо от взаимодействия между ними.

Закон сохранения энергии

Консервативные силы – силы, работа которых не зависит от траектории, а обусловлена только начальными и конечными координатами точки.

Формулировка закона сохранения энергии:

В системе, в которой действуют только консервативные силы, полная энергия системы остается неизменной. Возможны лишь превращения потенциальной энергии в кинетическую и обратно.

Потенциальная энергия материальной точки является функцией только координат этой точки. Т.е. потенциальная энергия зависит от положения точки в системе. Таким образом силы , действующие на точку, можно определить так: можно определить так: . – потенциальная энергия материальной точки. Помножим обе части на и получим . Преобразуем и получим выражение доказывающее закон сохранения энергии.

Упругие и неупругие столкновения

Абсолютно неупругий удар – столкновение двух тел, в результате которого они соединяются и далее двигаются как одно целое.

Два шара , с и испытывают абсолютно неупругий дар друг с другом. По закону сохранения импульса . Отсюда можно выразить скорость двух шаров, двигающихся после соударения как единое целое — . Кинетические энергии до и после удара: и . Найдем разность

,

где приведенная масса шаров. Отсюда видно, что при абсолютно неупругом столкновении двух шаров происходит потеря кинетической энергии макроскопического движения. Эта потеря равна половине произведения приведенной массы на квадрат относительной скорости.

Абсолютно упругий удар – столкновение двух тел, в результате которого механическая энергия системы остается прежней.

Два шара , с и до соударения и и после. По закону сохранения импульса и энергии: , . Решением системы может стать и . Это значит, что шары не встретились. Потребуем и и перепишем уравнения в виде: , . Второе уравнение делим почленно на первое и получаем . Решаем систему из двух линейных уравнений и имеем: , .

Закон сохранения энергии

Предмет: Физика

Класс: 10

Тема: «Закон сохранения энергии»

Проблемный вопрос: Как закон сохранения энергии может пригодиться нам в жизни?

Цели: Изучение закона сохранения энергии и получение сведений о его применимости в науке и жизни.

Задачи:

  • Создать условия для формирования умений, обеспечивающих самостоятельное успешное применение закона сохранения механической энергии в жизни.
  • Провести опыты, помогающие выяснить, значение закона сохранения энергии в нашей жизни.
  • Гипотеза: Знание закона сохранения энергии может пригодиться школьникам при решении задач по физике и инженерам на производстве.

    Этапы:

  • Изучение литературы, поиск информации в интернете
  • Проведение эксперимента
  • Результаты исследований
  • Выводы
  • I. Изучая различную литературу и информацию в интернете, мы узнали:

    При взаимодействиях тел, образующих замкнутую систему: если несколько тел взаимодействуют между собой только силами тяготения и силами упругости и никакие внешние силы на них не действуют, то при любых взаимодействиях тел работа сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

    . (1)

    Вместе с тем по теореме о кинетической энергии работа тех же сил равна изменению кинетической энергии:

    . (2)

    Из сравнения равенств (1) и (2) видно, что изменение кинетической энергии тел в замкнутой системе равно по абсолютному значению изменению потенциальной энергии системы тел и противоположно ему по знаку:

    . (3)

    II. Мы нашли простые иллюстрации закона сохранения энергии:

    Суммарно потенциальная и кинетическая энергия системы тел составляют полную механическую энергию для этой системы тел.Механическая энергия широко известна Человеку с древнейших времен и применяется в таких устройствах, как: стрела, копье, нож, топор, праща, баллиста, повозка, маятник, журавль, ветряная мельница, водяное колесо, парус, гончарный круг, часы, и другие самые разнообразные механизмы…Приведем примеры наиболее распространенных и используемых источников механической энергии:ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов, сельскохозяйственные животные, и сам человек.Зачастую механическая работа используется как промежуточный этап при выработке электроэнергии. Преобразование механической энергии в электрическую энергию осуществляется генераторами тока. В генераторе происходит превращение вращательного движения вала в электричество. Для вращения вала применяют следующие источники механической энергии: течение рек, океанские и морские приливы-отливы, ветер.Однако основное количество генераторов тока по-прежнему работает на тепловых станциях. Здесь химическая энергия ископаемого топлива преобразуется в тепловую энергию пара, которая затем превращается в электрическую энергию тока – универсальный стандарт, удобный для использования и передачи на большие расстояния.

    1. Рассмотрим закон сохранения механической энергии на примере колебаний нитяного маятника :

    2. IV. Анализ результатов и выводы:

    3. Проведя эксперименты, мы изучили закон сохранения энергии и выявили возможные его применения в повседневной жизни.
    4. Энергия тела никогда не исчезает и не появляется вновь: она лишь превращается из одного вида в другой.
    5. Полностью внутреннюю энергию нельзя превратить в механическую.
    6. Закон сохранения энергии используется не только инженерами, но и в нашей повседневной жизни: наиболее распространенных и используемых источников энергии можно встретить в таких явлениях,как :ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов.
    7. Мы выяснили, что школьники решая задачи на закон сохранения энергии, могут лучше понять, как применять его в жизни.
    8. Дополнительные материалы:

      Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

      На этом уроке все желающие смогут изучить тему «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах». Вы познакомитесь с законом сохранения энергии в замкнутой системе, при протекании некоторых процессов. Вспомните определение понятия «полная механическая энергия» и процессы превращения механической энергии тела во внутреннюю, а также превращения внутренней энергии веществ в механическую. Сделаете вывод об эквивалентности теплоты и механической энергии в теплоизолированной системе.

      Тема: Тепловые явления

      Урок: Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

      1. Примеры на взаимное превращение одних видов механической энергии в другую (падение тела, маятники)

      Ранее мы уже рассматривали возможность превращения одного вида механической энергии в другой, например, потенциальной в кинетическую или, наоборот, кинетической в потенциальную. Также мы приводили пример периодического превращения потенциальной и кинетической энергии друг в друга.

      Пример 1.Переход потенциальной энергии в кинетическую.

      Этот пример мы уже рассматривали в курсе 7 класса и в начале изучения этого раздела тоже. Если представить себе тело, закрепленное на некоторой высоте, то оно имеет некую потенциальную энергию относительно уровня поверхности. Потом, если это тело отпустить, то оно начнет падать, т. е. его высота будет уменьшаться, и ускоряться, т. е. увеличивать свою скорость. Следовательно, его потенциальная энергия будет уменьшаться, а кинетическая увеличиваться (рис. 1), энергии будут превращаться друг в друга. В момент перед самым прикосновением с землей вся потенциальная энергия тела переходит в кинетическую.

      Рис. 1. Превращение потенциальной энергии в кинетическую.

      Пример 2.Периодические превращения типов механической энергии (маятники). Рассмотрим по очереди три вида маятников: математический, пружинный, маятник Максвела.

      1. Маятник Максвела представляет собой диск, закрепленный на оси, на которую наматываются две нити (рис. 2).

      Рис. 2. Маятник Максвела.

      Принцип работы этого маятника следующий: сначала нити наматываются на ось, тем самым поднимая маятник вверх и сообщая ему дополнительную потенциальную энергию, затем диск маятника отпускают, и он начинает, раскручиваясь, двигаться вниз, нить разматывается до конца, затем наматывается снова по инерции и т. д.

      Таким образом, можно наблюдать следующие преобразования механической энергии: начальное накопление потенциальной энергии – превращение ее в кинетическую энергию – превращение в потенциальную…

      2. Математический маятник (груз на нити) – материальная точка, совершающая колебания под действием силы тяжести на длинной нерастяжимой нити (рис. 3).

      Рис. 3. Математический маятник.

      Для начала колебательного процесса в этом маятнике отводим тело, подвешенное на нити, от положения равновесия (придаем ему потенциальную энергию) и отпускаем, после этого наблюдаются горизонтальные колебания в вертикальной плоскости, и мы можем видеть похожие на предыдущий пример превращения энергии: подъем – переход кинетической энергии в потенциальную, опускание – переход потенциальной в кинетическую и т. д.

      3. Пружинный маятник – груз, совершающий колебания на пружине под действием силы упругости (рис. 4).

      Рис. 4. Пружинный маятник.

      Если подвесить груз к пружине и оттянуть ее вниз (придать пружине потенциальную энергию), а затем отпустить, то будут наблюдаться более сложные превращения энергии: потенциальная энергия пружины в кинетическую и потенциальную энергию груза и наоборот.

      2. Закон сохранения механической энергии

      Все приведенные примеры экспериментов говорят о том, что мы уже знаем, что полная механическая энергия тела (сумма кинетической и потенциальной) не меняется или, как говорят по-другому, сохраняется. Это мы называем законом сохранения механической энергии:

      Замечание.Важно помнить, что этот закон выполнен только для замкнутой системы тел.

      Определение.Замкнутая система тел – это та система, в которой не действуют внешние силы.

      3. Примеры на переход механической энергии во внутреннюю и наоборот (деформация, удар, двигатели)

      Пример 3. Теперь необходимо перейти к основной части нашей сегодняшней темы и вспомнить каким образом механическая энергия может переходить во внутреннюю. Происходит этот процесс путем совершения механической работы над телом, например, при сгибании и разгибании проволоки она будет нагреваться, при нескольких ударах молотка о наковальню нагреется и молоток и наковальня.

      Пример 4. Возможен и обратный процесс, когда внутренняя энергия будет переходить в механическую. Например, подобные процессы происходят в двигателе внутреннего сгорания (рис. 5).

      Рис. 5. Двигатель внутреннего сгорания (Источник).

      Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии сгорания топлива в механическую энергию движения поршней, которая затем через передаточные механизмы преобразуется в энергию вращения колес автомобиля.

      Аналогичный принцип превращения внутренней энергии в механическую происходит и в паровых двигателях (рис. 6).

      Рис. 6. Паровой двигатель на паровой машине (Источник)

      4. История изучения преобразования механической и тепловой энергии

      Вопросами преобразований механической и внутренней энергий очень активно занимались в XIX веке. Основные исследования были проведены следующими учеными.

      Немецкий ученый Юлиус Майер (рис. 7) показал в своих экспериментах, что возможны взаимные превращения внутренней и механической энергий и что изменение внутренней энергии в таких процессах эквивалентно совершенной работе.

      Рис. 7. Юлиус Майер (1814–1878) (Источник)

      Отдельный интерес составляет работа английского ученого Джеймса Джоуля (рис. 8), который с помощью ряда экспериментов получил доказательство того, что между совершенной над телом работой и его изменением внутренней энергии существует точное равенство.

      Рис. 8. Джеймс Джоуль (1819–1889) (Источник)

      Особый интерес составляет тот факт, что в 1843 году французский инженер Густав Гирн (рис. 9) с помощью серии своих экспериментов попытался развенчать то, что доказывали Майер и Джоуль, но результаты его экспериментов, наоборот, только еще раз доказали соответствие в превращениях механической энергии во внутреннюю.

      Рис. 9. Густав Гирн (Источник)

      5. Закон сохранения энергии

      Для возможности корректного описания процессов теплообмена важно, чтобы система, в которой они происходят, была теплоизолированной и внешние теплообменные процессы не влияли на тела, находящиеся в рассматриваемой системе.

      В таком случае выполнен закон сохранения энергии – если система является замкнутой и теплоизолированной, то энергия в этой системе остается неизменной.

      Замечание. Данный закон еще очень часто именуют основным законом природы.

      Сегодня мы поговорили о взаимных превращениях различных типов механической энергии друг в друга: механической в тепловую, тепловой в механическую. Кроме того, мы рассмотрели важнейший закон физики – закон сохранения энергии.

      На следующем уроке мы изучим уравнение теплового баланса.

      Список рекомендованной литературы

      1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. /Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. Физика 8. – М.: Мнемозина.

      2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

      3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

      Рекомендованные ссылки на интернет-ресурсы

      1. Экзаменационный проект по физике (Источник).

      Рекомендованное домашнее задание

      1. Стр. 29: вопросы № 1–5; упражнения № 1–4. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

      2. Двигатель мощностью 25 Вт в течение 7 мин заставляет вращаться лопасти винта внутри заполненного водой калориметра. За счет сопротивления вода нагревается на . Сколько воды находится в калориметре?

      3. С высоты 14 м на песок падает свинцовый шар. На сколько градусов нагреется шар, если 50% его потенциальной энергии перейдет во внутреннюю?

      4. * Реактивный самолет имеет четыре двигателя, развивающих силу тяги 20000 Н каждый. Сколько керосина израсходуют двигатели на перелет 5000 км? Удельная теплота сгорания керосина , КПД двигателя 25%.