ऊर्जा संरक्षण का नियम: परिभाषा, सूत्र, व्युत्पत्ति (w / उदाहरण)

क्योंकि भौतिकी इस बात का अध्ययन है कि पदार्थ और ऊर्जा कैसे प्रवाहित होती है,ऊर्जा संरक्षण का नियमएक भौतिक विज्ञानी जो कुछ भी अध्ययन करता है, और जिस तरीके से वह इसका अध्ययन करता है उसे समझाने के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है।

भौतिकी इकाइयों या समीकरणों को याद रखने के बारे में नहीं है, बल्कि एक ढांचे के बारे में है जो नियंत्रित करता है कि सभी कण कैसे व्यवहार करते हैं, भले ही समानताएं एक नज़र में स्पष्ट न हों।

​ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियमऊष्मीय ऊर्जा के संदर्भ में इस ऊर्जा संरक्षण कानून का पुनर्कथन है: Theआंतरिक ऊर्जासिस्टम पर किए गए सभी कार्यों के योग के बराबर होना चाहिए, सिस्टम में या बाहर बहने वाली गर्मी को प्लस या माइनस करना चाहिए।

भौतिकी में एक अन्य प्रसिद्ध संरक्षण सिद्धांत द्रव्यमान के संरक्षण का नियम है; जैसा कि आप पाएंगे, ये दो संरक्षण कानून - और आपको यहां दो अन्य लोगों से भी मिलवाया जाएगा - आंख (या मस्तिष्क) से मिलने की तुलना में अधिक निकटता से संबंधित हैं।

सार्वभौमिक भौतिक सिद्धांतों के किसी भी अध्ययन को गति के तीन बुनियादी नियमों की समीक्षा द्वारा समर्थित किया जाना चाहिए, जिसे आइजैक न्यूटन ने सैकड़ों साल पहले रूप में अंकित किया था। ये:

• ​गति का पहला नियम (जड़त्व का नियम):स्थिर वेग वाली वस्तु (या विरामावस्था में, जहाँ v = 0) इस अवस्था में तब तक रहती है जब तक कि कोई असंतुलित बाहरी बल उसे परेशान करने के लिए कार्य न करे।
• ​गति का दूसरा नियम:एक शुद्ध बल (F_जाल) द्रव्यमान (m) के साथ वस्तुओं को गति देने का कार्य करता है। त्वरण (ए) वेग के परिवर्तन की दर (वी) है।
• ​गति का तीसरा नियम:प्रकृति में प्रत्येक बल के लिए परिमाण में बराबर और दिशा में विपरीत बल मौजूद होता है।

भौतिकी में संरक्षण के नियम केवल वास्तव में पृथक प्रणालियों में गणितीय पूर्णता पर लागू होते हैं। रोजमर्रा की जिंदगी में, ऐसे परिदृश्य दुर्लभ हैं। चार संरक्षित मात्राएँ हैंद्रव्यमान​, ​ऊर्जा​, ​गतितथाकोणीय गति. इनमें से अंतिम तीन यांत्रिकी के दायरे में आते हैं।

​द्रव्यमानकिसी वस्तु के द्रव्य की मात्रा मात्र है, और जब गुरुत्वाकर्षण के कारण स्थानीय त्वरण से गुणा किया जाता है, तो परिणाम भार होता है। द्रव्यमान को ऊर्जा से अधिक नष्ट या खरोंच से नहीं बनाया जा सकता है।

​गतिवस्तु के द्रव्यमान और उसके वेग का गुणनफल है (m·वी). दो या दो से अधिक टकराने वाले कणों की एक प्रणाली में, प्रणाली की कुल गति (व्यक्ति का योग the) वस्तुओं का संवेग) तब तक कभी नहीं बदलता जब तक कि कोई घर्षण हानि या बाहरी के साथ अंतःक्रिया न हो निकायों।

​कोणीय गति​ (​ली) एक घूर्णन वस्तु के अक्ष के परितः संवेग मात्र है, और m· के बराबर हैv·r, जहाँ r वस्तु से घूर्णन के अक्ष की दूरी है।

​ऊर्जाकई रूपों में प्रकट होता है, कुछ दूसरों की तुलना में अधिक उपयोगी। गर्मी, वह रूप जिसमें सारी ऊर्जा अंततः अस्तित्व में है, इसे उपयोगी कार्य में लगाने के मामले में सबसे कम उपयोगी है, और आमतौर पर एक उत्पाद है।

ऊर्जा संरक्षण का नियम लिखा जा सकता है:

जहां केई =गतिज ऊर्जा= (1/2) एमवी², पीई =संभावित ऊर्जा(एम. के बराबरजीज जब गुरुत्वाकर्षण ही अभिनय करने वाला एकमात्र बल है, लेकिन अन्य रूपों में देखा जाता है), IE = आंतरिक ऊर्जा, और E = कुल ऊर्जा = एक स्थिरांक।

• पृथक प्रणालियों में यांत्रिक ऊर्जा को उनकी सीमाओं के भीतर ऊष्मीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है; आप "सिस्टम" को अपने द्वारा चुने गए किसी भी सेटअप के रूप में परिभाषित कर सकते हैं, जब तक आप इसकी भौतिक विशेषताओं के बारे में निश्चित हो सकते हैं। यह ऊर्जा कानून के संरक्षण का उल्लंघन नहीं करता है।

ब्रह्मांड की सारी ऊर्जा बिग बैंग से उत्पन्न हुई है, और ऊर्जा की कुल मात्रा नहीं बदल सकती है। इसके बजाय, हम गतिज ऊर्जा (गति की ऊर्जा) से लेकर ऊष्मीय ऊर्जा तक, लगातार ऊर्जा बदलते रूपों का निरीक्षण करते हैं, रासायनिक ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा तक, गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा से यांत्रिक ऊर्जा तक इत्यादि।

ऊष्मा एक विशेष प्रकार की ऊर्जा है (तापीय ऊर्जा) उसमें, जैसा कि उल्लेख किया गया है, यह अन्य रूपों की तुलना में मनुष्यों के लिए कम उपयोगी है।

इसका मतलब यह है कि एक बार सिस्टम की ऊर्जा का हिस्सा गर्मी में बदल जाता है, तो इसे अतिरिक्त काम के इनपुट के बिना अधिक उपयोगी रूप में आसानी से वापस नहीं किया जा सकता है, जो अतिरिक्त ऊर्जा लेता है।

सूर्य हर सेकेंड में कितनी तेज ऊर्जा उत्सर्जित करता है और इसे किसी भी तरह से पुनः प्राप्त या पुन: उपयोग नहीं किया जा सकता है इस वास्तविकता के लिए एक स्थायी वसीयतनामा, जो लगातार आकाशगंगा और ब्रह्मांड में एक के रूप में प्रकट हो रहा है पूरा का पूरा। इस ऊर्जा में से कुछ को पृथ्वी पर जैविक प्रक्रियाओं में "कब्जा" किया जाता है, जिसमें प्रकाश संश्लेषण शामिल है पौधे, जो अपना भोजन बनाने के साथ-साथ जानवरों और जीवाणुओं के लिए भोजन (ऊर्जा) प्रदान करते हैं, और जल्द ही।

इसे मानव इंजीनियरिंग के उत्पादों, जैसे सौर कोशिकाओं द्वारा भी कैप्चर किया जा सकता है।

हाई-स्कूल भौतिकी के छात्र आमतौर पर अध्ययन के तहत सिस्टम की कुल ऊर्जा दिखाने और इसके परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए पाई चार्ट या बार ग्राफ का उपयोग करते हैं।

क्योंकि पाई में ऊर्जा की कुल मात्रा (या सलाखों की ऊंचाई का योग) नहीं बदल सकती है, में अंतर स्लाइस या बार श्रेणियां दर्शाती हैं कि किसी दिए गए बिंदु पर कुल ऊर्जा का कितना हिस्सा ऊर्जा का एक रूप है या कोई अन्य।

एक परिदृश्य में, इन परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए अलग-अलग बिंदुओं पर अलग-अलग चार्ट दिखाए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, ध्यान दें कि थर्मल ऊर्जा की मात्रा लगभग हमेशा बढ़ती है, ज्यादातर मामलों में अपशिष्ट का प्रतिनिधित्व करती है।

उदाहरण के लिए, यदि आप किसी गेंद को ४५-डिग्री के कोण पर फेंकते हैं, तो शुरू में उसकी सारी ऊर्जा गतिज होती है (क्योंकि h = ०), और तो जिस बिंदु पर गेंद अपने उच्चतम बिंदु पर पहुँचती है, उसकी स्थितिज ऊर्जा कुल ऊर्जा के हिस्से के रूप में होती है उच्चतम।

जैसे ही यह ऊपर उठता है और बाद में गिरता है, इसकी कुछ ऊर्जा से घर्षण बलों के परिणामस्वरूप गर्मी में बदल जाती है हवा, इसलिए KE + PE इस पूरे परिदृश्य में स्थिर नहीं रहता है, बल्कि घट जाता है जबकि कुल ऊर्जा E अभी भी स्थिर रहती है।

(ऊर्जा परिवर्तन पर नज़र रखने वाले पाई/बार चार्ट के साथ कुछ उदाहरण आरेख डालें

यदि आप जमीन से १०० मीटर (लगभग ३० मंजिलों) की छत से १.५ किलो की बॉलिंग बॉल रखते हैं, तो आप इसकी संभावित ऊर्जा की गणना कर सकते हैं, जिसका मानजी = 9.8 मी/से²और पीई = एमजीएच:

यदि आप गेंद को छोड़ते हैं, तो गेंद गिरने और तेज होने पर इसकी शून्य गतिज ऊर्जा अधिक से अधिक तेजी से बढ़ती है। तत्काल यह जमीन पर पहुंचता है, केई समस्या की शुरुआत में पीई के मूल्य के बराबर होना चाहिए, या 1,470 जे। इस पल,

यह मानते हुए कि घर्षण के कारण कोई ऊर्जा हानि नहीं हुई है, यांत्रिक ऊर्जा का संरक्षण आपको गणना करने की अनुमति देता हैवी, जो हो जाता है४४.३ मी/से.​

भौतिकी के छात्र प्रसिद्ध द्वारा भ्रमित हो सकते हैंजन ऊर्जा​ ​समीकरण​ (​ई = एमसी²), सोच रहा था कि क्या यह के कानून की अवहेलना करता हैऊर्जा संरक्षण(यासंरक्षण का मास), चूंकि इसका तात्पर्य है कि द्रव्यमान को ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है और इसके विपरीत।

यह वास्तव में किसी भी कानून का उल्लंघन नहीं करता है क्योंकि यह दर्शाता है कि द्रव्यमान और ऊर्जा वास्तव में एक ही चीज़ के विभिन्न रूप हैं। यह शास्त्रीय और क्वांटम यांत्रिकी स्थितियों की विभिन्न मांगों को देखते हुए उन्हें विभिन्न इकाइयों में मापने जैसा है।

ब्रह्मांड की ऊष्मा मृत्यु में, ऊष्मागतिकी के तीसरे नियम के अनुसार, सभी पदार्थ तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो गए होंगे। एक बार यह ऊर्जा रूपांतरण पूरा हो जाने के बाद, कोई और परिवर्तन नहीं हो सकता है, कम से कम एक और काल्पनिक विलक्षण घटना जैसे कि बिग बैंग के बिना नहीं।

वायु प्रतिरोध और संबंधित ऊर्जा हानियों के कारण पृथ्वी पर एक "सतत गति मशीन" (उदाहरण के लिए, एक पेंडुलम जो एक ही समय के साथ झूलता है और बिना धीमा हुए स्वीप करता है) असंभव है। कार्य को चालू रखने के लिए किसी बिंदु पर बाहरी कार्य के इनपुट की आवश्यकता होगी, इस प्रकार उद्देश्य को हराना होगा।