Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Закон сохранения энергии

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Закон сохранения энергии как следствие закона сохранения движения.
2. Современные формы записи уравнений состояния.
3. О принципах систематизации на базе закона сохранения энергии.
4. Физическое содержание закона сохранения энергии.
5. О необходимости применения понятия “энергообмен”.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1.Закон сохранения энергии как следствие закона сохранения движения.

Закон сохранения энергии – фундаментальный закон природы. Его содержание наиболее кратко раскрывается в Словаре естественных наук (Глоссарий.ру): “Энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной. Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы. Для незамкнутой системы увеличение/уменьшение ее энергии равно убыли/возрастанию энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.” Закон сохранения энергии вытекает в качестве следствия из обобщенного уравнения состояния физической системы. Это уравнение положено также в основу предлагаемой систематизации физических величин.

Энергия в современной физике считается только скалярной величиной, то есть характеризует движение материи лишь количественно. Однако закон сохранения энергии можно понимать не только с количественной точки зрения, этому посвящена статья о взаимосвязи энергии и движения, в которой показано, что энергия может быть и векторной величиной. В этой статье указывается на то, что закон сохранения энергии является частным случаем более общего закона сохранения движения, учитывающего не только сохранение количества энергии, но и сохранение направления движения. Именно закон сохранения движения отражает не только вечное существование материи, но и вечное ее движение.

2. Современные формы записи уравнений состояния.

В популярном справочнике по физике (Б.Яворский и А.Детлаф, 1990) закон сохранения энергии вытекает из уравнения состояния замкнутой термодинамической системы:

W = Wk + Wp + U , (1)

где W – полная энергия системы; Wk − кинетическая энергия системы в целом; Wp − потенциальная энергия системы в целом; U – внутренняя энергия системы. Смысл слов “в целом” состоит в том, что значения кинетической энергии и потенциальной энергии во всех формах движения системы просуммированы друг с другом.

Уравнение (1) можно распространить и на незамкнутые системы, если принять во внимание условие приращений. Это условие требует записывать определяющие уравнения не в абсолютных значениях величин, а в их приращениях. На основании уравнения (1) приращение энергии системы можно записать как сумму приращений видов энергии:

dW = Σi (dWk )i + Σi (dWp )i + Σi (dU)i . (2)

Уравнения (1) и (2) указывают на то, что внутри системы энергия может переходить из одного вида энергии в другой (из кинетической энергии в потенциальную) и наоборот при неизменности внутренней энергии, а также переходить из внутренней энергии в кинетическую и потенциальную энергии. Форма записи (1) не учитывает возможность перехода энергии из одной формы движения в другую, то есть не принимает во внимание классификацию энергии по формам и видам. В уравнениях (1) и (2) не отражена также энергия диссипации, являющаяся одним из видов любой формы энергии. То есть уравнения (1) и (2) приемлемы лишь для консервативных систем.

Имеется также запись уравнения состояния, приведенная, например, у В.Сычёва (1970):
( 3 )
где dqi − приращение координаты состояния i-ой системы. Уравнение (3) отличается от уравнения (1) тем, что учитывает возможность перехода энергии из одной формы движения в другую форму движения внутри системы, но оно не учитывает возможность перехода из одного вида энергии в другой вид энергии внутри формы движения. Поэтому уравнение состояния в форме (3) может быть применено как уравнение состояния для одной формы движения.

Для полного учета всех форм энергии в уравнение состояния должна быть добавлена сумма приращений энергии, вызванных изменением состояния системы под влиянием разных форм физического поля. Тогда уравнение состояния примет такой обобщенный вид:

dW = Σi Ui dqi + Σj Uj dqj , ( 4 )

где i – число форм движения; j – число форм физического поля.

3. О принципах систематизации на базе закона сохранения энергии.

В основу систематизации физических величин (И.Коган, 2004) положено суммирование и по формам энергии, и по видам энергии. Поскольку форма энергии связана с формой движения, то для каждой формы движения составляется отдельная таблица. И в каждой таблице присутствует уравнение переходного процесса

a0 q + a1 (dq/dt) + a2 (d2q/dt2) = ΔР , ( 5 )

которое содержит параметры системы в рассматриваемой форме движения. В уравнении (5) аi − конструктивный параметр i-ой формы движения, ΔРразность потенциалов между системой и окружающей ее средой.

4. Физическое содержание закона сохранения энергии.

Если рассмотреть систему, изменение энергии которой при контаке с окружающей средой отсутствует, то есть если dW = 0, то из этого следует, что полная энергия системы W = const без учета того, движется система или нет. Это и есть физическое содержание закона сохранения энергии.

В том случае, когда система движется и необходимо учитывать направление ее движения, равенство W = const означает, что направление движения остается неизменным. Это и есть содержание закона сохранения движения.

5. О необходимости применения понятия “энергообмен”.

Обобщенным понятием для обозначения любого переноса энергии энергоносителями из среды в систему и наоборот является понятие “энергообмен”, детально описанное в отдельной статье. К сожалению, это понятие сейчас используется, в основном, в биологии, а не в физике, хотя это чисто физическое понятие, при систематизации физических величин это понятие является одним их ключевых. Приращение энергии системы dW является не чем иным, как следствием дисбаланса энергообмена между системой и окружающей средой.

Важное пояснение сделал А.Вейник (1968), указывая на то, что в записи dW оператор d перед W не говорит о том, что dW является дифференциалом, так как величина dW есть не изменение чего-либо, а просто бесконечно малое приращение энергообмена.

Это не означает, что в физике не используются широко понятия, вытекающие из понятия “энергообмен”. Например, в механической форме движения вместо энергообмена говорят о работе силы, в электрической форме движения – о количестве электроэнергии, в тепловой форме движения – о теплообмене, а это частные случаи обобщенного понятия “энергообмен”. Наконец, необходимо учитывать, что внутри реальных физических систем всегда происходит диссипативный энергообмен, то есть перенос части энергии упорядоченного движения любой формы движения в энергию неупорядоченной тепловой формы движения. Об энергообмене в механических формах движения подробно написано в статье, посвященной работе силы.

Литература

1. Вейник А.И., 1968, Термодинамика. 3-е изд. – Минск, Вышейшая школа, 464 с.
2. Коган И.Ш., 2004, “Физические аналогии” – не аналогии, а закон природы. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7438.html
3. Сычёв В.В., 1970, Сложные термодинамические системы. – М.: Энергия.
4. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. М.: Наука, Физматгиз, 624 с.


© И. Коган Дата первой публикации 01.03.2008
Дата последнего обновления 09.11.2014

Оглавление раздела Предыдущая Следующая