Гипермаркет знаний>>Экология>>Экология 7 класс>> Энергия: формы, свойства и величины

§ 3. Первый энергетический закон: энергия сохраняется

Физики сформулировали два важных энергетических закона. Эти законы фундаментальные, т.е. их нельзя нарушить: они действуют везде и всегда, независимо от вашего желания и даже независимо от того, знаете вы их или нет. У этих законов много названий, и выражаются они по-разному. Первый закон часто называют Закон Сохранения Энергии, а второй — Закон Возрастания Энтропии. Образно первый закон можно назвать законом количества, а второй — законом качества энергии. Скоро вы увидите, почему.

Плотина гидроэлектростанции перегородила реку, образовалось водохранилище. Уровень воды в водохранилище поднялся по сравнению с уровнем в русле реки за плотиной, поэтому вода в водохранилище обладает потенциальной энергией. Падая с этой высоты, вода теряет по- тенциальную энергию, но приобретает кинетическую. Попадая на лопатки гидротурбины, вода отдает свою кинетическую энергию турбине, и та приобретает кинетическую энергию вращения. Турбина вращает электрический генератор, в котором механическая энергия вра- щения переходит в электрическую энергию. По проводам электрическая энергия доходит до электролампочки в вашей квартире, и в ней превращается в тепловую (большая часть) и в световую (меньшая часть). По пути часть энергии теряется на нагревание проводов, на трение в подшипниках турбины и генератора.

Этот пример показывает, что энергия может превращаться из одной формы в другую. При этом, если учесть все потери, величина энергии во всей цепочке превращений не изменяется. Закон сохранения энергии обычно формулируют так:

Или так:

Откуда мы знаем, что энергия сохраняется, если даже не можем точно сказать, что такое энергия? Но физики и энергетики научились измерять различные формы энергии. Если мы сложим все значения, соответствующие разным формам энергии, то сумма их всегда будет одинаковой.

Если вдруг выясняется, что энергия не сохраняется в каком-то явлении, ученые придумывают новую форму энергии и говорят, что «исчезнувшая» энергия на самом деле не исчезла, а превратилась в эту новую форму. И снова общая сумма остается неизменной! Может показаться, что сохранение энергии — просто выдумка ученых. Но это не так. Например, с помощью закона сохранения энергии были предсказаны теоретически и потом открыты экспериментально новые элементарные частицы. С древних времен и до наших дней люди, не верящие в закон сохранения энергии, пытаются построить устройство, которое совершало бы полезную работу, не расходуя энергии, т.е. не получая её ниоткуда. Это так называемый вечный двигатель.

Не пытайтесь повторить их попытки! Это также невозможно, как построить в действительности сооружение, изображенное на рисунке. На первый взгляд, все правдоподобно. Но когда вглядишься внимательно — абсурд. Так и различные проекты вечных двигателей. На первый взгляд, в чертежах все хорошо и должно работать. А включаешь — не работает. И не будет! Закон сохранения энергии запрещает. А если все-таки работает — где-то спрятан источник энергии. Если совершаешь полезную работу — обязательно тратишь энергию! За всю историю человечества никто и никогда не наблюдал нарушения закона сохранения энергии.

В соответствии с законом сохранения энергии неправильно говорить о «расходовании» энергии. Как будто мы её израсходовали, и она исчезла, как израсходованные деньги исчезли из вашего кошелька. Нет, энергия перешла в другую форму, может быть, бесполезную для нас, или даже вредную. Можно говорить о расходовании электрической энергии — при этом она переходит в тепловую. Этот закон дает нам простое решение проблемы нехватки энергии в будущем. Берегите энергию и используйте её повторно, превращая в ту форму, которая вам нужна. Второй закон энергии объясняет, почему это все не так просто!

Подумайте и ответьте:

1. Какие превращения энергии происходят при: запуске на орбиту космического корабля; ударе футболиста по мячу; подъеме в лифте; забивании гвоздя в доску.

2. Почему большинство метеоритов сгорает в атмосфере Земли, и только самые крупные долетают до поверхности?

3. Среди полезных хозяйственных советов часто встречается такой. Если вы храните картошку зимой на лоджии, чтобы картошка не замерзла, в ящик, где она хранится, поместите электрическую лампочку и включайте её периодически (например, на ночь). Зачем? Разве в темноте холоднее, чем на свету?