เพจกึ่งป้องกัน

พลังงาน

จาก Wikipedia สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทางข้ามไปที่การค้นหา

พลังงาน
อาทิตย์เดือนกุมภาพันธ์ (ฉบับดำ) .jpg
ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานสำหรับส่วนมากของชีวิตบนโลก พลังงานส่วนใหญ่มาจากนิวเคลียร์ฟิวชันในแกนกลางของมันโดยเปลี่ยนมวลเป็นพลังงานเมื่อโปรตอนรวมกันเป็นฮีเลียม พลังงานนี้จะถูกส่งไปยังพื้นผิวของดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาแล้วเข้าไปในพื้นที่ส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบของสดใส (แสง) พลังงาน
สัญลักษณ์ทั่วไป
หน่วย SIจูล
หน่วยอื่น ๆ
kW⋅h , BTU , แคลอรี่ , eV , erg , foot-pound
ในหน่วยฐาน SIJ = กก. ม2วินาที−2
กว้างขวาง ?ใช่
อนุรักษ์ ?ใช่
มิติM L 2 T −2

ในฟิสิกส์ , พลังงานเป็นปริมาณ ทรัพย์สินที่จะต้องโอนไปยังวัตถุเพื่อดำเนินงานเกี่ยวกับการหรือความร้อนวัตถุ[หมายเหตุ 1] พลังงานเป็นปริมาณอนุรักษ์ ; กฎการอนุรักษ์พลังงานระบุว่าพลังงานสามารถเปลี่ยนรูปแบบได้ แต่ไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้หน่วย SIของพลังงานเป็นจูลซึ่งเป็นพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังวัตถุโดยการทำงานในการเคลื่อนย้ายมันเป็นระยะทาง 1 เมตรกับแรง1 นิวตัน

รูปแบบทั่วไปของพลังงานรวมถึงพลังงานจลน์ของวัตถุที่เคลื่อนที่ที่พลังงานที่มีศักยภาพที่เก็บไว้โดยตำแหน่งของวัตถุในแรงฟิลด์ ( แรงโน้มถ่วง , ไฟฟ้าหรือแม่เหล็ก ) ที่พลังงานยืดหยุ่นเก็บไว้โดยการยืดวัตถุของแข็งพลังงานเคมีปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ที่พลังงานสดใสดำเนินการด้วยแสงและพลังงานความร้อนเนื่องจากวัตถุอุณหภูมิ

มวลและพลังงานมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด เนื่องจากความเท่าเทียมกันของมวล - พลังงานวัตถุใด ๆ ที่มีมวลเมื่อหยุดนิ่ง (เรียกว่ามวลส่วนที่เหลือ ) ยังมีพลังงานในปริมาณที่เท่ากันซึ่งเรียกว่าพลังงานส่วนที่เหลือและพลังงานเพิ่มเติมใด ๆ (ในรูปแบบใด ๆ ) ที่ได้มาจากวัตถุที่อยู่เหนือพลังงานที่เหลือ จะเพิ่มมวลรวมของวัตถุเช่นเดียวกับที่มันเพิ่มพลังงานทั้งหมด ตัวอย่างเช่นหลังจากความร้อนวัตถุเพิ่มขึ้นในพลังงานสามารถวัดได้เป็นเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในมวลที่มีความละเอียดอ่อนพอขนาด

ที่อาศัยอยู่มีชีวิตที่ต้องใช้พลังงานจะมีชีวิตอยู่เช่นมนุษย์พลังงานได้รับจากอาหาร อารยธรรมมนุษย์ต้องใช้พลังงานในการทำงานที่ได้รับจาก แหล่งพลังงานเช่นเชื้อเพลิงฟอสซิล , เชื้อเพลิงนิวเคลียร์หรือพลังงานทดแทน กระบวนการของสภาพภูมิอากาศและระบบนิเวศของโลกขับเคลื่อนโดยพลังงานที่เปล่งประกายที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์และพลังงานความร้อนใต้พิภพที่มีอยู่ภายในโลก

แบบฟอร์ม

ในแบบฉบับฟ้าผ่าตี 500 megajoulesของพลังงานที่มีศักยภาพไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นจำนวนเงินเดียวกันของพลังงานในรูปแบบอื่น ๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพลังงานแสง , พลังงานเสียงและพลังงานความร้อน
พลังงานความร้อนเป็นพลังงานขององค์ประกอบโมเลกุลของสสารซึ่งอาจรวมทั้งการเคลื่อนไหวและพลังงานที่มีศักยภาพ

พลังงานทั้งหมดของระบบสามารถแบ่งย่อยและจำแนกออกเป็นพลังงานศักย์พลังงานจลน์หรือการรวมกันของทั้งสองในรูปแบบต่างๆ พลังงานจลน์ถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของวัตถุหรือการเคลื่อนที่แบบประกอบของส่วนประกอบของวัตถุและพลังงานศักย์สะท้อนถึงศักยภาพของวัตถุที่จะมีการเคลื่อนที่และโดยทั่วไปเป็นฟังก์ชันของตำแหน่งของวัตถุภายในสนามหรือ อาจถูกเก็บไว้ในฟิลด์เอง

แม้ว่าสองประเภทนี้จะเพียงพอที่จะอธิบายพลังงานทุกรูปแบบ แต่ก็มักจะสะดวกในการอ้างถึงการรวมกันของศักย์และพลังงานจลน์เป็นรูปแบบของมันเอง ตัวอย่างเช่นพลังงานกลแบบมหภาคคือผลรวมของพลังงานจลน์ที่แปลและการหมุนและพลังงานศักย์ในระบบที่ละเลยพลังงานจลน์เนื่องจากอุณหภูมิและพลังงานนิวเคลียร์ซึ่งรวมศักยภาพจากแรงนิวเคลียร์และแรงที่อ่อนแอ ) เป็นต้น [ ต้องการอ้างอิง ]

พลังงานบางรูปแบบ (ที่วัตถุหรือระบบสามารถมีเป็นคุณสมบัติที่วัดได้)
ประเภทของพลังงานคำอธิบาย
เครื่องกลผลรวมของพลังงานจลน์และศักยภาพเชิงพลศาสตร์ของการแปลและการหมุน ด้วยกล้องจุลทรรศน์
ไฟฟ้าพลังงานศักย์เนื่องจากหรือเก็บไว้ในสนามไฟฟ้า
แม่เหล็กพลังงานศักย์เนื่องจากหรือเก็บไว้ในสนามแม่เหล็ก
แรงโน้มถ่วงพลังงานศักย์เนื่องจากหรือเก็บไว้ในสนามโน้มถ่วง
สารเคมีพลังงานศักย์เนื่องจากพันธะเคมี
ไอออไนเซชันพลังงานศักย์ที่ผูกอิเล็กตรอนกับอะตอมหรือโมเลกุลของมัน
นิวเคลียร์พลังงานศักย์ที่จับ นิวคลีออนเพื่อสร้างนิวเคลียสของอะตอม (และปฏิกิริยานิวเคลียร์)
โครโมไดนามิคพลังงานศักย์ที่ผูก ควาร์กเข้ากับแฮดรอน
ยืดหยุ่นพลังงานศักย์เนื่องจากการเปลี่ยนรูปของวัสดุ (หรือภาชนะบรรจุ) ที่แสดงถึงแรงในการบูรณะเมื่อมันกลับคืนสู่รูปร่างเดิม
คลื่นกลพลังงานจลน์และศักย์ไฟฟ้าในวัสดุยืดหยุ่นเนื่องจากคลื่นความผิดปกติที่แพร่กระจาย
คลื่นเสียงพลังงานจลน์และศักย์ในของเหลวเนื่องจากคลื่นกระจายเสียง (คลื่นกลรูปแบบหนึ่ง)
กระจ่างใสพลังงานศักย์ที่เก็บไว้ในสนามที่แพร่กระจายโดยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารวมทั้งแสง
พักผ่อนพลังงานศักย์เนื่องจากมวลที่เหลือของวัตถุ
ความร้อนพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของอนุภาคซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานกลที่ไม่เป็นระเบียบ

ประวัติศาสตร์

Thomas Youngคนแรกที่ใช้คำว่า "พลังงาน" ในความหมายสมัยใหม่

คำว่าพลังงานมาจากภาษากรีกโบราณ : ἐνέργεια , romanizedEnergeia , lit  'activity, operation', [1]ซึ่งอาจปรากฏเป็นครั้งแรกในงานของAristotleในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช ตรงกันข้ามกับคำจำกัดความสมัยใหม่ Energeia เป็นแนวคิดเชิงปรัชญาเชิงคุณภาพกว้างพอที่จะรวมความคิดต่างๆเช่นความสุขและความเพลิดเพลิน

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 17 Gottfried Leibniz ได้เสนอแนวคิดของภาษาละติน : vis vivaหรือพลังชีวิตซึ่งกำหนดให้เป็นผลคูณของมวลของวัตถุและความเร็วของมันกำลังสอง เขาเชื่อว่าvivaทั้งหมดได้รับการอนุรักษ์ เพื่ออธิบายถึงการชะลอตัวเนื่องจากแรงเสียดทาน Leibniz ได้ตั้งทฤษฎีว่าพลังงานความร้อนประกอบด้วยการเคลื่อนที่แบบสุ่มของส่วนที่เป็นส่วนประกอบของสสารแม้ว่าจะใช้เวลานานกว่าหนึ่งศตวรรษจนกว่าสิ่งนี้จะเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป อะนาล็อกที่ทันสมัยของคุณสมบัตินี้พลังงานจลน์แตกต่างจากvis vivaโดยใช้ตัวประกอบสองตัวเท่านั้น

ในปี 1807 Thomas Youngอาจเป็นคนแรกที่ใช้คำว่า "พลังงาน" แทนvis vivaในความหมายสมัยใหม่[2] Gustave-Gaspard Coriolisอธิบายว่า " พลังงานจลน์ " ในปีพ. ศ. 2372 ในความหมายที่ทันสมัยและในปีพ. ศ. 2396 วิลเลียมแรนไคน์ได้บัญญัติศัพท์ว่า " พลังงานศักย์ " กฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานยังได้รับการตั้งสมมติฐานเป็นครั้งแรกในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 และใช้กับระบบที่แยกออกจากกัน เป็นที่ถกเถียงกันมานานหลายปีไม่ว่าจะเป็นความร้อนเป็นสารทางกายภาพขนานนามว่าแคลอรี่หรือเพียงปริมาณทางกายภาพเช่นโมเมนตัมในปี 1845 James Prescott Jouleค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างการทำงานของกลไกและการสร้างความร้อน

การพัฒนาเหล่านี้นำไปสู่ทฤษฎีของการอนุรักษ์พลังงานอย่างเป็นทางการส่วนใหญ่โดยวิลเลียมทอมสัน ( ลอร์ดเคลวิน ) เป็นเขตของอุณหพลศาสตร์อุณหพลศาสตร์ช่วยพัฒนาอย่างรวดเร็วของคำอธิบายของกระบวนการทางเคมีโดยรูดอล์ฟ Clausius , ไซวิลลาร์ดกิ๊บส์และวอลเธอร์Nernst นอกจากนี้ยังนำไปสู่การกำหนดคณิตศาสตร์แนวคิดของเอนโทรปีโดย Clausius และการแนะนำของกฎหมายของพลังงานสดใสโดยJožefสเตฟานตามทฤษฎีบทของ Noetherการอนุรักษ์พลังงานเป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่ากฎของฟิสิกส์ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป[3]ดังนั้นตั้งแต่ปีพ. ศ. 2461 นักทฤษฎีจึงเข้าใจว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นผลทางคณิตศาสตร์โดยตรงของการแปลสมมาตรของปริมาณผันกับพลังงานกล่าวคือเวลา

หน่วยวัด

เครื่องมือของ Joule สำหรับการวัดความร้อนที่เทียบเท่าเชิงกล น้ำหนักจากมากไปหาน้อยที่ติดอยู่กับเชือกทำให้ไม้พายที่จุ่มอยู่ในน้ำหมุน

ในปีพ. ศ. 2386 James Prescott Joule ได้ค้นพบความเทียบเท่าเชิงกลโดยอิสระจากการทดลองหลายชุด ที่มีชื่อเสียงที่สุดของพวกเขาใช้ "อุปกรณ์จูล": น้ำหนักที่ลดลงติดกับเชือกทำให้เกิดการหมุนของไม้พายที่จุ่มอยู่ในน้ำซึ่งเป็นฉนวนกันความร้อนจากการถ่ายเทความร้อน แสดงให้เห็นว่าพลังงานศักย์โน้มถ่วงที่สูญเสียไปโดยน้ำหนักจากมากไปน้อยนั้นเท่ากับพลังงานภายในที่ได้รับจากน้ำโดยการเสียดสีกับไม้พาย

ในระบบหน่วยสากล (SI) หน่วยของพลังงานคือจูลซึ่งตั้งชื่อตามจูล มันเป็นหน่วยที่ได้มามันเท่ากับพลังงานที่ใช้ไป (หรืองานที่ทำ) ในการใช้แรงหนึ่งนิวตันผ่านระยะทางหนึ่งเมตร อย่างไรก็ตามพลังงานยังแสดงในหน่วยอื่น ๆ อีกมากมายที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ SI เช่นergs , แคลอรี่ , หน่วยความร้อนของอังกฤษ , กิโลวัตต์ - ชั่วโมงและกิโลแคลอรีซึ่งต้องใช้ปัจจัยการแปลงเมื่อแสดงเป็นหน่วย SI

หน่วย SI ของอัตราพลังงาน (พลังงานต่อหน่วยเวลา) คือวัตต์ซึ่งเป็นจูลต่อวินาที ดังนั้นหนึ่งจูลจึงเท่ากับหนึ่งวัตต์ต่อวินาทีและ 3600 จูลเท่ากับหนึ่งวัตต์ต่อชั่วโมง CGSหน่วยพลังงานเป็นเอิร์กและจักรพรรดิและสหรัฐอเมริกาจารีตประเพณีหน่วยเป็นปอนด์เท้า หน่วยพลังงานอื่น ๆ เช่นอิเล็กตรอน , แคลอรี่อาหารหรืออุณหพลศาสตร์กิโลแคลอรี (ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของน้ำในกระบวนการให้ความร้อน) และบีทียูใช้ในพื้นที่เฉพาะของวิทยาศาสตร์และการพาณิชย์

การใช้งานทางวิทยาศาสตร์

กลศาสตร์คลาสสิก

ในกลศาสตร์คลาสสิก, พลังงานเป็นที่พักแนวคิดและมีประโยชน์ทางคณิตศาสตร์มันเป็นปริมาณอนุรักษ์ กลศาสตร์หลายสูตรได้รับการพัฒนาโดยใช้พลังงานเป็นแนวคิดหลัก

งานซึ่งเป็นหน้าที่ของพลังงานคือระยะทางของแรงคูณ

สิ่งนี้บอกว่างาน ( ) เท่ากับเส้นอินทิกรัลของแรงFตามเส้นทางC ; สำหรับรายละเอียดโปรดดูบทความเกี่ยวกับงานเครื่องกล การทำงานและทำให้พลังงานกรอบขึ้น ตัวอย่างเช่นพิจารณาลูกบอลที่ถูกตีด้วยไม้ตี ในกรอบอ้างอิงจุดศูนย์กลางมวลไม้ตีไม่ทำงานบนลูกบอล แต่ในกรอบอ้างอิงของบุคคลที่แกว่งไม้ตีลูกบอลจะต้องทำงานหนัก

พลังงานทั้งหมดของระบบบางครั้งเรียกว่าแฮมิลตันหลังจากที่วิลเลียมโรวันแฮมิลตันสมการการเคลื่อนที่แบบคลาสสิกสามารถเขียนได้ในรูปแบบของแฮมิลตันแม้กระทั่งสำหรับระบบที่ซับซ้อนหรือนามธรรม สมการคลาสสิกเหล่านี้มีอะนาล็อกโดยตรงอย่างน่าทึ่งในกลศาสตร์ควอนตัมแบบไม่สัมพันธ์กัน[4]

แนวคิดที่เกี่ยวข้องกับพลังงานก็คือการที่เรียกว่าลากรองจ์หลังจากที่โจเซฟหลุยส์ลากรองจ์พิธีการนี้มีความสำคัญเหมือนกับแฮมิลตันและทั้งสองอย่างสามารถใช้เพื่อหาสมการการเคลื่อนที่หรือได้มาจากสมการ มันถูกประดิษฐ์ขึ้นในบริบทของกลศาสตร์คลาสสิกแต่โดยทั่วไปแล้วจะมีประโยชน์ในฟิสิกส์สมัยใหม่ Lagrangian ถูกกำหนดให้เป็นพลังงานจลน์ลบด้วยพลังงานศักย์ โดยปกติแล้วระบบลากรองจ์จะสะดวกในทางคณิตศาสตร์มากกว่าระบบแฮมิลตันสำหรับระบบที่ไม่อนุรักษ์นิยม (เช่นระบบที่มีแรงเสียดทาน)

ทฤษฎีบทของ Noether (1918) กล่าวว่าความสมมาตรที่แตกต่างกันของการกระทำของระบบทางกายภาพนั้นมีกฎหมายอนุรักษ์ที่สอดคล้องกัน ทฤษฎีบทของ Noether ได้กลายเป็นเครื่องมือพื้นฐานของฟิสิกส์ทฤษฎีสมัยใหม่และแคลคูลัสของการเปลี่ยนแปลง การสรุปทั่วไปของสูตรน้ำเชื้อเกี่ยวกับค่าคงที่ของการเคลื่อนที่ในกลศาสตร์ Lagrangian และ Hamiltonian (1788 และ 1833 ตามลำดับ) จะไม่ใช้กับระบบที่ไม่สามารถสร้างแบบจำลองด้วย Lagrangian ตัวอย่างเช่นระบบการกระจายที่มีสมมาตรต่อเนื่องไม่จำเป็นต้องมีกฎหมายอนุรักษ์ที่สอดคล้องกัน

เคมี

ในบริบทของเคมีพลังงานเป็นคุณลักษณะของสารอันเป็นผลมาจากโครงสร้างอะตอมโมเลกุลหรือมวลรวม เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างประเภทนี้อย่างน้อยหนึ่งชนิดจึงมักมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของพลังงานของสารที่เกี่ยวข้อง พลังงานบางส่วนถูกถ่ายโอนระหว่างสิ่งรอบข้างและสารตั้งต้นของปฏิกิริยาในรูปของความร้อนหรือแสง ดังนั้นผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาอาจมีพลังงานมากกว่าหรือน้อยกว่าสารตั้งต้น ปฏิกิริยาจะถูกกล่าวว่าเป็นแบบคายความร้อนหรือexergonicถ้าสถานะสุดท้ายอยู่ในระดับพลังงานต่ำกว่าสถานะเริ่มต้น ในกรณีของปฏิกิริยาดูดความร้อนสถานการณ์จะกลับกันปฏิกิริยาเคมีมักจะเป็นไปไม่ได้นอกเสียจากสารตั้งต้นฟันฝ่าอุปสรรคพลังงานที่รู้จักในฐานะพลังงานกระตุ้น ความเร็วของปฏิกิริยาทางเคมี (ที่อุณหภูมิที่กำหนด  T ) ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานกระตุ้น  Eโดย Boltzmann อีปัจจัยประชากร- E / โฮเทล  - นั่นคือความน่าจะเป็นของโมเลกุลที่จะมีมากขึ้นพลังงานกว่าหรือเท่ากับ  Eที่อุณหภูมิที่กำหนด  T . การพึ่งพาอาศัยกันนี้ชี้แจงของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิที่รู้จักกันว่าสมการ Arrhenius พลังงานกระตุ้นที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาเคมีสามารถจัดให้อยู่ในรูปของพลังงานความร้อน

ชีววิทยา

ภาพรวมพื้นฐานของพลังงานและการดำรงชีวิตของมนุษย์

ในทางชีววิทยาพลังงานเป็นคุณลักษณะของระบบชีวภาพทั้งหมดตั้งแต่ชีวมณฑลจนถึงสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุด ภายในสิ่งมีชีวิตมีหน้าที่ในการเจริญเติบโตและการพัฒนาของเซลล์ชีวภาพหรือออร์แกเนลล์ของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยา พลังงานที่ใช้ในการหายใจจะถูกเก็บไว้ส่วนใหญ่อยู่ในระดับโมเลกุลออกซิเจน [5]และสามารถปลดล็อคโดยปฏิกิริยากับโมเลกุลของสารเช่นคาร์โบไฮเดรต (รวมน้ำตาล), ไขมันและโปรตีนที่จัดเก็บโดยเซลล์ในแง่ของมนุษย์เทียบเท่ากับมนุษย์(เขา) (การแปลงพลังงานของมนุษย์) ระบุสำหรับค่าใช้จ่ายด้านพลังงานจำนวนหนึ่งปริมาณพลังงานสัมพัทธ์ที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญของมนุษย์โดยสมมติว่ามนุษย์มีค่าใช้จ่ายพลังงานเฉลี่ย 12,500 กิโลจูลต่อวันและอัตราการเผาผลาญพื้นฐาน 80 วัตต์ ตัวอย่างเช่นถ้าร่างกายของเราทำงาน (โดยเฉลี่ย) ที่ 80 วัตต์หลอดไฟที่ทำงานที่ 100 วัตต์จะทำงานที่ 1.25 เทียบเท่ามนุษย์ (100 ÷ 80) คือ 1.25 เขา สำหรับงานที่ยากที่มีระยะเวลาเพียงไม่กี่วินาทีคน ๆ หนึ่งสามารถจ่ายพลังงานได้หลายพันวัตต์หลายเท่าของ 746 วัตต์ในแรงม้าเดียวอย่างเป็นทางการ สำหรับงานที่ใช้เวลาไม่กี่นาทีมนุษย์ที่พอดีตัวอาจสร้างได้ถึง 1,000 วัตต์ สำหรับกิจกรรมที่ต้องคงอยู่เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงเอาต์พุตจะลดลงเหลือประมาณ 300 สำหรับกิจกรรมที่เก็บไว้ตลอดทั้งวัน 150 วัตต์สูงสุดประมาณ[6]ความเท่าเทียมกันของมนุษย์ช่วยให้เข้าใจการไหลเวียนของพลังงานในระบบกายภาพและชีวภาพโดยการแสดงหน่วยพลังงานในรูปแบบของมนุษย์: มันให้ "ความรู้สึก" สำหรับการใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง [7]

พลังงานที่เปล่งประกายของแสงแดดยังถูกจับโดยพืชเป็นพลังงานศักย์ทางเคมีในการสังเคราะห์ด้วยแสงเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ (สารประกอบพลังงานต่ำสองชนิด) ถูกเปลี่ยนเป็นคาร์โบไฮเดรตไขมันและโปรตีนและสารประกอบพลังงานสูงเช่นออกซิเจน[5]และ ATP คาร์โบไฮเดรตไขมันและโปรตีนที่สามารถปล่อยพลังงานของออกซิเจนซึ่งถูกนำมาใช้โดยสิ่งมีชีวิตเป็นตัวรับอิเล็กตรอนการปลดปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเนื่องจากความร้อนหรือแสงอาจถูกกระตุ้นโดยฉับพลันโดยประกายไฟในไฟป่าหรืออาจทำให้มีการเผาผลาญของสัตว์หรือมนุษย์ได้ช้าลงเมื่อรับประทานโมเลกุลอินทรีย์เข้าไปและการเร่งปฏิกิริยาจะถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์หนังบู๊.

สิ่งมีชีวิตใด ๆ อาศัยแหล่งพลังงานภายนอก - พลังงานที่เปล่งประกายจากดวงอาทิตย์ในกรณีของพืชสีเขียวพลังงานเคมีในบางรูปแบบในกรณีของสัตว์ - เพื่อให้สามารถเจริญเติบโตและสืบพันธุ์ได้ 1500–2000 แคลอรี่ต่อวัน  (6–8 MJ) ที่แนะนำสำหรับผู้ใหญ่ที่เป็นมนุษย์จะถูกนำมารวมกันระหว่างโมเลกุลของออกซิเจนและอาหารโดยส่วนใหญ่เป็นคาร์โบไฮเดรตและไขมันซึ่งน้ำตาลกลูโคส (C 6 H 12 O 6 ) และสเตียริน (C 57 H 110 O 6 ) เป็นตัวอย่างที่สะดวก โมเลกุลของอาหารจะถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในไมโทคอนเดรีย

และบางส่วนของพลังงานที่ใช้ในการแปลงADPเข้าไปในเอทีพี

ADP + HPO 4 2− → ATP + H 2 O

พลังงานเคมีที่เหลือใน O 2 [8]และคาร์โบไฮเดรตหรือไขมันจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อน: ATP ถูกใช้เป็น "สกุลเงินของพลังงาน" และพลังงานเคมีบางส่วนที่มีอยู่จะถูกใช้สำหรับการเผาผลาญอื่น ๆเมื่อ ATP ทำปฏิกิริยากับหมู่ OH และในที่สุดก็แยกออกเป็น ADP และฟอสเฟต (ในแต่ละขั้นตอนของเส้นทางการเผาผลาญพลังงานเคมีบางส่วนจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อน) เพียงเศษเสี้ยวเล็ก ๆ ของพลังงานเคมีดั้งเดิมเท่านั้นที่ใช้ในการทำงาน: [หมายเหตุ 2]

ได้รับพลังงานจลน์ของสปรินเตอร์ระหว่างการแข่งขัน 100 ม.: 4 kJ
ได้รับพลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำหนัก 150 กก. ที่ยกผ่าน 2 เมตร: 3 kJ
การบริโภคอาหารประจำวันของผู้ใหญ่ปกติ: 6–8 MJ

ดูเหมือนว่าสิ่งมีชีวิตจะไม่มีประสิทธิภาพอย่างน่าทึ่ง(ในทางกายภาพ)ในการใช้พลังงานที่ได้รับ (พลังงานเคมีหรือพลังงานแสง) และเป็นความจริงที่เครื่องจักรจริงส่วนใหญ่จัดการประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ในการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตพลังงานที่เปลี่ยนเป็นความร้อนมีจุดประสงค์ที่สำคัญเนื่องจากช่วยให้เนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตได้รับคำสั่งอย่างมากโดยคำนึงถึงโมเลกุลที่สร้างขึ้นกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าพลังงาน (และเรื่อง) มีแนวโน้มที่จะกลายเป็นมากขึ้นอย่างเท่าเทียมกันกระจายออกไปทั่วจักรวาล: พลังงานเข้มข้น (หรือเรื่อง) ในสถานที่หนึ่งที่เฉพาะเจาะจงก็เป็นสิ่งจำเป็นที่จะแพร่กระจายออกมาเป็นจำนวนมากของพลังงาน (ความร้อน) ทั่วส่วนที่เหลือของจักรวาล ("สภาพแวดล้อม") [หมายเหตุ 3]สิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายสามารถบรรลุประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงกว่าสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่า แต่สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนสามารถครอบครองช่องทางนิเวศวิทยาที่พี่น้องที่เรียบง่ายกว่าไม่สามารถใช้งานได้ การเปลี่ยนพลังงานเคมีส่วนหนึ่งไปเป็นความร้อนในแต่ละขั้นตอนในวิถีการเผาผลาญเป็นเหตุผลทางกายภาพที่อยู่เบื้องหลังพีระมิดของชีวมวลที่สังเกตได้ในระบบนิเวศ : เพื่อก้าวไปสู่ขั้นตอนแรกในห่วงโซ่อาหารโดยประมาณ 124.7 Pg / a ของ คาร์บอนที่ได้รับการแก้ไขโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง 64.3 Pg / a (52%) ใช้สำหรับการเผาผลาญของพืชสีเขียว[9]คือเปลี่ยนกลับเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และความร้อน

วิทยาศาสตร์โลก

ในทางธรณีวิทยา , ทวีป , ภูเขา , ภูเขาไฟและแผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ที่สามารถอธิบายได้ในแง่ของการเปลี่ยนแปลงพลังงานในการตกแต่งภายในของโลก[10]ในขณะที่อุตุนิยมวิทยาปรากฏการณ์เช่นลมฝนลูกเห็บหิมะฟ้าผ่าพายุทอร์นาโดและพายุเฮอริเคนที่มี ทั้งหมดเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เกิดจากพลังงานแสงอาทิตย์บนชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์โลก

แสงแดดอาจถูกกักเก็บไว้เป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วงหลังจากที่มันกระทบโลกเนื่องจาก (ตัวอย่างเช่น) น้ำระเหยจากมหาสมุทรและถูกทับถมบนภูเขา (ซึ่งหลังจากถูกปล่อยออกมาที่เขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำสามารถใช้เพื่อขับเคลื่อนกังหันหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิต ไฟฟ้า). แสงแดดยังขับเคลื่อนปรากฏการณ์สภาพอากาศหลายอย่างช่วยชีวิตที่เกิดจากเหตุการณ์ภูเขาไฟ ตัวอย่างของเหตุการณ์สภาพอากาศที่เป็นสื่อกลางแสงอาทิตย์คือพายุเฮอริเคนซึ่งเกิดขึ้นเมื่อพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ไม่เสถียรของมหาสมุทรอุ่นร้อนจัดเป็นเวลาหลายเดือนทำให้พลังงานความร้อนบางส่วนของพวกเขาหมดไปอย่างกะทันหันเพื่อขับเคลื่อนการเคลื่อนไหวของอากาศที่รุนแรงเพียงไม่กี่วัน

ในกระบวนการที่ช้าลงการสลายตัวของอะตอมกัมมันตภาพรังสีในแกนกลางของโลกจะปล่อยความร้อนออกมา พลังงานความร้อนนี้ไดรฟ์แผ่นเปลือกโลกและอาจยกภูเขาผ่านorogenesis. การยกขึ้นอย่างช้าๆนี้แสดงถึงการกักเก็บพลังงานศักย์โน้มถ่วงของพลังงานความร้อนซึ่งอาจถูกปล่อยออกมาเป็นพลังงานจลน์ที่ใช้งานอยู่ในดินถล่มในภายหลังหลังจากเหตุการณ์ทริกเกอร์ แผ่นดินไหวยังปล่อยพลังงานศักย์ยืดหยุ่นที่เก็บไว้ในหินซึ่งเป็นแหล่งกักเก็บที่ผลิตจากแหล่งความร้อนกัมมันตภาพรังสีเดียวกันในที่สุด ดังนั้นตามความเข้าใจในปัจจุบันเหตุการณ์ที่คุ้นเคยเช่นแผ่นดินถล่มและแผ่นดินไหวจะปล่อยพลังงานที่เก็บไว้เป็นพลังงานศักย์ในสนามโน้มถ่วงของโลกหรือความเครียดยืดหยุ่น (พลังงานศักย์เชิงกล) ในหิน ก่อนหน้านี้พวกมันเป็นตัวแทนของการปลดปล่อยพลังงานที่ถูกเก็บไว้ในอะตอมหนักนับตั้งแต่การล่มสลายของดาวซูเปอร์โนวาที่ถูกทำลายเป็นเวลานานได้สร้างอะตอมเหล่านี้

จักรวาลวิทยา

ในจักรวาลและดาราศาสตร์ปรากฏการณ์ของดาว , โนวา , ซูเปอร์โนวา , ควาซาร์และระเบิดรังสีแกมมาเป็นจักรวาลของการแปลงพลังงานสูงสุดเอาท์พุทของเรื่องปรากฏการณ์ที่เป็นดาวฤกษ์ทั้งหมด(รวมถึงกิจกรรมของแสงอาทิตย์) ได้รับแรงผลักดันจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทต่างๆ พลังงานในการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมาจากการยุบตัวของสสารด้วยความโน้มถ่วง (โดยปกติคือโมเลกุลของไฮโดรเจน) ไปเป็นชั้นต่างๆของวัตถุทางดาราศาสตร์ (ดาวหลุมดำ ฯลฯ ) หรือจากฟิวชันนิวเคลียร์ (ของธาตุที่เบากว่าโดยส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน) นิวเคลียร์ฟิวชันไฮโดรเจนในดวงอาทิตย์ยังออกเก็บพลังงานที่มีศักยภาพอื่นซึ่งถูกสร้างขึ้นในช่วงเวลาของบิ๊กแบง ในเวลานั้นตามทฤษฎีอวกาศขยายตัวและจักรวาลเย็นลงอย่างรวดเร็วเกินไปสำหรับไฮโดรเจนที่จะหลอมรวมเป็นองค์ประกอบที่หนักกว่าได้อย่างสมบูรณ์ นั่นหมายความว่าไฮโดรเจนเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานศักย์ที่สามารถปลดปล่อยออกมาได้โดยการหลอมรวม กระบวนการฟิวชั่นดังกล่าวเกิดจากความร้อนและความดันที่เกิดจากการยุบตัวของเมฆไฮโดรเจนด้วยแรงโน้มถ่วงเมื่อพวกมันสร้างดาวจากนั้นพลังงานฟิวชั่นบางส่วนจะถูกเปลี่ยนเป็นแสงอาทิตย์

กลศาสตร์ควอนตัม

ในกลศาสตร์ควอนตัพลังงานถูกกำหนดไว้ในเงื่อนไขของผู้ประกอบการพลังงาน เป็นอนุพันธ์ของฟังก์ชันคลื่น Schrödingerสมเท่ากับผู้ประกอบการพลังงานพลังงานเต็มรูปแบบของอนุภาคหรือระบบ ผลลัพธ์ของมันถือได้ว่าเป็นคำจำกัดความของการวัดพลังงานในกลศาสตร์ควอนตัม สมการชเรอดิงเงอร์อธิบายการพึ่งพาพื้นที่และเวลาของฟังก์ชันคลื่นที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ (ไม่สัมพันธ์กัน) ของระบบควอนตัม คำตอบของสมการนี้สำหรับระบบที่ถูกผูกไว้นั้นไม่ต่อเนื่อง (ชุดของสถานะที่ได้รับอนุญาตซึ่งแต่ละสถานะจะมีระดับพลังงาน ) ซึ่งส่งผลให้เกิดแนวคิดของควอนต้า. ในการแก้ปัญหาของสมSchrödingerสำหรับ oscillator ใด ๆ (สั่น) และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศส่งผลให้รัฐพลังงานที่เกี่ยวข้องกับความถี่โดยความสัมพันธ์ของพลังค์ : (ที่เป็นค่าคงที่ของพลังค์และความถี่) ในกรณีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้รัฐจะเรียกว่าพลังงานควอนตั้มของแสงหรือโฟตอน

สัมพัทธภาพ

เมื่อคำนวณพลังงานจลน์ ( ทำงานเพื่อเร่งร่างกายขนาดใหญ่จากความเร็วศูนย์ไปสู่ความเร็วจำกัด บางส่วน) เชิงสัมพันธ์ - โดยใช้การแปลงลอเรนซ์แทนกลศาสตร์นิวตัน - ไอน์สไตน์ค้นพบผลพลอยได้ที่ไม่คาดคิดจากการคำนวณเหล่านี้เป็นคำพลังงานที่ไม่หายไปที่ศูนย์ ความเร็ว. เขาเรียกมันว่าพลังงานที่เหลือ : พลังงานที่ร่างกายใหญ่โตทุกคนต้องมีแม้ในขณะพักผ่อน ปริมาณพลังงานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกาย:

,

ที่ไหน

mคือมวลของร่างกาย
cคือความเร็วแสงในสุญญากาศ
คือพลังงานที่เหลือ

ตัวอย่างเช่นพิจารณาการทำลายอิเล็กตรอน - โพซิตรอนซึ่งพลังงานที่เหลือของอนุภาคทั้งสองนี้ (เทียบเท่ากับมวลส่วนที่เหลือ ) จะถูกแปลงเป็นพลังงานที่เปล่งประกายของโฟตอนที่ผลิตในกระบวนการ ในระบบนี้เรื่องและปฏิสสาร (อิเล็กตรอนและโพสิตรอน) จะถูกทำลายและมีการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ได้เรื่อง (โฟตอน) อย่างไรก็ตามมวลรวมและพลังงานทั้งหมดจะไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการโต้ตอบนี้ โฟตอนแต่ละตัวไม่มีมวลส่วนที่เหลือ แต่กระนั้นก็มีพลังงานที่เปล่งประกายซึ่งแสดงความเฉื่อยเช่นเดียวกับอนุภาคดั้งเดิมทั้งสอง นี่เป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้ - กระบวนการผกผันเรียกว่าการสร้างคู่ - ซึ่งมวลที่เหลือของอนุภาคถูกสร้างขึ้นจากพลังงานการแผ่รังสีของโฟตอนที่ทำลายล้างสอง (หรือมากกว่า)

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเทนเซอร์ความเค้น - พลังงานทำหน้าที่เป็นคำที่มาของสนามโน้มถ่วงในการเปรียบเทียบอย่างหยาบกับวิธีที่มวลทำหน้าที่เป็นคำที่มาในการประมาณแบบนิวตันที่ไม่ใช่เชิงสัมพันธ์ [11]

พลังงานและมวลเป็นอาการของคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นพื้นฐานเดียวกันของระบบ คุณสมบัตินี้รับผิดชอบต่อความเฉื่อยและความแรงของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงของระบบ ("การแสดงมวล") และยังรับผิดชอบต่อความสามารถที่อาจเกิดขึ้นของระบบในการทำงานหรือให้ความร้อน ("การสำแดงพลังงาน") ภายใต้ข้อ จำกัด ของ กฎหมายทางกายภาพอื่น ๆ

ในฟิสิกส์คลาสสิกพลังงานเป็นปริมาณสเกลาร์ซึ่งเป็นการผันคำกริยาตามกาลเวลา ในพลังงานสัมพัทธภาพพิเศษยังเป็นสเกลาร์ (แม้ว่าจะไม่ใช่สเกลาร์ลอเรนซ์แต่เป็นส่วนประกอบเวลาของเวกเตอร์พลังงาน - โมเมนตัม 4 ) [11]กล่าวอีกนัยหนึ่งพลังงานไม่แปรผันเมื่อเทียบกับการหมุนของอวกาศแต่ไม่แปรผันเมื่อเทียบกับการหมุนของกาลอวกาศ (= บูสต์ )

การเปลี่ยนแปลง


การถ่ายโอนพลังงานบางรูปแบบ("พลังงานระหว่างการขนส่ง") จากวัตถุหรือระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง
ประเภทของกระบวนการถ่ายโอนคำอธิบาย
ความร้อนพลังงานความร้อนจำนวนนั้นในการขนส่งโดยธรรมชาติไปยังวัตถุที่มี อุณหภูมิต่ำกว่า
งานปริมาณพลังงานในการขนส่งเนื่องจากการกระจัดในทิศทางของแรงที่กระทำ
การถ่ายโอนวัสดุพลังงานจำนวนนั้นที่ดำเนินการโดยสสารที่เคลื่อนที่จากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง
กำเนิดเทอร์โบแปลงพลังงานจากแรงดันไอน้ำเป็นพลังงานไฟฟ้า

พลังงานอาจจะเปลี่ยนระหว่างรูปแบบที่แตกต่างกันในหลาย ๆที่มีประสิทธิภาพรายการที่แปลงระหว่างรูปแบบเหล่านี้เรียกว่าทรานสดิวเซอร์ ตัวอย่างของก้อนรวมแบตเตอรี่จากพลังงานเคมีเพื่อพลังงานไฟฟ้า ; เขื่อน: พลังงานที่มีศักยภาพแรงโน้มถ่วงจะพลังงานจลน์ในการเคลื่อนย้ายน้ำ (และใบมีดของกังหัน ) และท้ายที่สุดจะพลังงานไฟฟ้าผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ; หรือเครื่องยนต์ความร้อนจากความร้อนสู่การทำงาน

ตัวอย่างของการเปลี่ยนรูปพลังงาน ได้แก่ การสร้างพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนผ่านกังหันไอน้ำหรือการยกวัตถุขึ้นต้านแรงโน้มถ่วงโดยใช้พลังงานไฟฟ้าขับเคลื่อนมอเตอร์เครน การยกต้านแรงโน้มถ่วงจะทำงานเชิงกลบนวัตถุและเก็บพลังงานศักย์โน้มถ่วงไว้ในวัตถุ หากวัตถุตกลงสู่พื้นแรงโน้มถ่วงจะทำงานเชิงกลกับวัตถุซึ่งเปลี่ยนพลังงานศักย์ในสนามโน้มถ่วงเป็นพลังงานจลน์ที่ปล่อยออกมาเป็นความร้อนเมื่อกระทบกับพื้น ดวงอาทิตย์ของเราเปลี่ยนพลังงานศักย์นิวเคลียร์เป็นพลังงานรูปแบบอื่น มวลรวมของมันไม่ได้ลดลงเนื่องจากว่าในตัวเอง (เพราะมันยังคงมีพลังงานทั้งหมดเดียวกันแม้ว่าในรูปแบบที่แตกต่างกัน) แต่มวลของมันจะลดลงเมื่อพลังงานที่หนีออกไปยังสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่เป็นพลังงานสดใส

มีข้อ จำกัด ที่เข้มงวดกับวิธีการที่มีประสิทธิภาพความร้อนสามารถแปลงเป็นมีการทำงานในขั้นตอนวงจรเช่นในเครื่องยนต์ความร้อนตามที่อธิบายทฤษฎีบทของ Carnotและกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนรูปพลังงานบางอย่างอาจมีประสิทธิภาพมาก ทิศทางของการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน (พลังงานชนิดใดที่เปลี่ยนไปเป็นชนิดอื่น) มักจะถูกกำหนดโดยเอนโทรปี (พลังงานที่เท่ากันที่กระจายอยู่ในระดับอิสระทั้งหมดที่มี) ในทางปฏิบัติการแปลงพลังงานทั้งหมดได้รับอนุญาตในขนาดเล็ก แต่ไม่อนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่กว่าบางอย่างเนื่องจากไม่น่าเป็นไปได้ทางสถิติที่พลังงานหรือสสารจะสุ่มเคลื่อนที่ไปในรูปแบบที่เข้มข้นกว่าหรือในช่องว่างที่เล็กกว่า

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานในจักรวาลเมื่อเวลาผ่านไปมีลักษณะของพลังงานศักย์หลายชนิดที่มีอยู่นับตั้งแต่บิ๊กแบงถูก "ปลดปล่อย" ในเวลาต่อมา (เปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทที่มีการใช้งานมากขึ้นเช่นพลังงานจลน์หรือพลังงานที่เปล่งประกาย) เมื่อมีกลไกกระตุ้น ตัวอย่างที่คุ้นเคยของกระบวนการดังกล่าว ได้แก่ การสลายตัวของนิวเคลียร์ซึ่งพลังงานจะถูกปล่อยออกมาซึ่งเดิม "เก็บ" ไว้ในไอโซโทปหนัก (เช่นยูเรเนียมและทอเรียม ) โดยการสังเคราะห์นิวคลีโอซิลซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานศักย์โน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากการยุบตัวของซูเปอร์โนวาด้วยแรงโน้มถ่วงในที่สุดเพื่อกักเก็บพลังงานในการสร้างธาตุหนักเหล่านี้ก่อนที่จะรวมเข้ากับระบบสุริยะและโลก พลังงานนี้ถูกกระตุ้นและปล่อยออกมาในระเบิดนิวเคลียร์ฟิชชันหรือในการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์พลเรือน ในทำนองเดียวกันในกรณีของการระเบิดของสารเคมี , สารเคมีพลังงานจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์และพลังงานความร้อนในเวลาที่สั้นมาก อีกตัวอย่างหนึ่งเป็นที่ของลูกตุ้มที่จุดสูงสุดพลังงานจลน์จะเป็นศูนย์และพลังงานศักย์โน้มถ่วงมีค่าสูงสุด ที่จุดต่ำสุดพลังงานจลน์จะสูงสุดและเท่ากับการลดลงของพลังงานศักย์ . ถ้าคนหนึ่ง (ไม่สมจริง) ถือว่าไม่มีแรงเสียดทานหรือการสูญเสียอื่น ๆ การแปลงพลังงานระหว่างกระบวนการเหล่านี้จะสมบูรณ์แบบและลูกตุ้มจะยังคงแกว่งตลอดไป

พลังงานยังถูกถ่ายโอนจากพลังงานศักย์ ( ) ไปยังพลังงานจลน์ ( ) จากนั้นกลับไปเป็นพลังงานศักย์อย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้เรียกว่าการอนุรักษ์พลังงาน ในระบบปิดนี้ไม่สามารถสร้างหรือทำลายพลังงานได้ ดังนั้นพลังงานเริ่มต้นและพลังงานสุดท้ายจะเท่ากัน สิ่งนี้สามารถแสดงให้เห็นได้ดังต่อไปนี้:

 

 

 

 

( 4 )

จากนั้นสมการสามารถทำให้ง่ายขึ้นได้อีกตั้งแต่(มวลคูณความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงคูณความสูง) และ(มวลครึ่งหนึ่งของความเร็วกำลังสอง) แล้วจำนวนของพลังงานที่สามารถพบได้โดยการเพิ่ม

การอนุรักษ์พลังงานและมวลในการเปลี่ยนแปลง

พลังงานก่อให้เกิดน้ำหนักเมื่อถูกขังอยู่ในระบบที่มีโมเมนตัมเป็นศูนย์ซึ่งสามารถชั่งน้ำหนักได้ นอกจากนี้ยังเทียบเท่ากับมวลและมวลนี้สัมพันธ์กับมันเสมอ มวลยังเทียบเท่ากับจำนวนหนึ่งของพลังงานและเช่นเดียวกันก็จะปรากฏขึ้นที่เกี่ยวข้องกับมันตามที่อธิบายไว้ในความเท่าเทียมกันมวลพลังงานสูตรE  =  mc ²ซึ่งได้มาจากAlbert Einstein (1905) จะหาปริมาณความสัมพันธ์ระหว่างมวลส่วนที่เหลือและพลังงานส่วนที่เหลือภายในแนวคิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ในกรอบทฤษฎีที่แตกต่างกันสูตรที่คล้ายคลึงกันได้มาจากJJ Thomson (1881), Henri Poincaré (1900), Friedrich Hasenöhrl (1904) และอื่น ๆ (ดูความเท่าเทียมกันของมวล - พลังงาน # ประวัติสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม)

ส่วนหนึ่งของพลังงานส่วนที่เหลือ (เทียบเท่ากับมวลส่วนที่เหลือ) ของสสารอาจถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่น (ยังคงแสดงมวลอยู่) แต่พลังงานหรือมวลไม่สามารถถูกทำลายได้ แต่ทั้งสองจะคงที่ในระหว่างกระบวนการใด ๆ อย่างไรก็ตามเนื่องจากมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับเครื่องชั่งน้ำหนักของมนุษย์ทั่วไปการเปลี่ยนมวลส่วนที่เหลือในชีวิตประจำวัน (เช่น 1 กก.) จากพลังงานที่เหลือไปเป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ (เช่นพลังงานจลน์พลังงานความร้อนหรือพลังงานที่มีการแผ่รังสี โดยแสงและรังสีอื่น ๆ ) สามารถปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล (~จูล = 21 เมกะตันของทีเอ็นที) ดังที่เห็นได้จากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์ ในทางกลับกันมวลที่เทียบเท่ากับปริมาณพลังงานในชีวิตประจำวันนั้นมีค่าน้อยซึ่งเป็นเหตุให้การสูญเสียพลังงาน (การสูญเสียมวล) จากระบบส่วนใหญ่นั้นยากที่จะวัดด้วยเครื่องชั่งน้ำหนักเว้นแต่การสูญเสียพลังงานจะมีขนาดใหญ่มาก ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ระหว่างพลังงานที่เหลือ (ในเรื่อง) และรูปแบบอื่น ๆ ของพลังงาน (เช่นพลังงานจลน์เป็นอนุภาคที่มีมวลส่วนที่เหลือ) จะพบในฟิสิกส์นิวเคลียร์และฟิสิกส์ของอนุภาค

การแปลงแบบย้อนกลับและไม่ย้อนกลับได้

อุณหพลศาสตร์แบ่งการเปลี่ยนรูปพลังงานออกเป็นสองประเภท: กระบวนการย้อนกลับได้และกระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้. กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือกระบวนการที่พลังงานถูกกระจาย (แพร่กระจาย) ไปสู่สถานะพลังงานว่างเปล่าที่มีอยู่ในปริมาตรซึ่งไม่สามารถกู้คืนในรูปแบบที่เข้มข้นมากขึ้น (สถานะควอนตัมน้อยลง) โดยไม่มีการย่อยสลายของพลังงานมากขึ้น กระบวนการที่ย้อนกลับได้คือกระบวนการที่การกระจายแบบนี้ไม่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่นการแปลงพลังงานจากเขตข้อมูลศักย์ประเภทหนึ่งไปยังอีกสนามหนึ่งสามารถย้อนกลับได้ดังเช่นในระบบลูกตุ้มที่อธิบายไว้ข้างต้น ในกระบวนการที่ความร้อนถูกสร้างขึ้นสถานะควอนตัมของพลังงานที่ต่ำกว่าแสดงให้เห็นถึงการกระตุ้นที่เป็นไปได้ในสนามระหว่างอะตอมทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บพลังงานส่วนหนึ่งซึ่งไม่สามารถกู้คืนได้เพื่อที่จะถูกแปลงด้วยประสิทธิภาพ 100% เป็นอื่น รูปแบบของพลังงาน ในกรณีนี้พลังงานบางส่วนจะต้องอยู่ในรูปของความร้อนและไม่สามารถนำกลับมาเป็นพลังงานที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ยกเว้นในราคาของการเพิ่มขึ้นของการเพิ่มขึ้นของความผิดปกติอื่น ๆ ที่คล้ายความร้อนในสถานะควอนตัมในจักรวาล (เช่นการขยายตัวของสสารหรือการสุ่มในคริสตัล)

เมื่อจักรวาลวิวัฒนาการไปตามกาลเวลาพลังงานของมันก็มากขึ้นเรื่อย ๆ จนติดอยู่ในสถานะที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ (เช่นเมื่อความร้อนหรือความผิดปกติชนิดอื่น ๆ เพิ่มขึ้น) นี้ได้รับการเรียกว่าเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงอุณหพลศาสตร์ตายความร้อนของจักรวาล ในการตายด้วยความร้อนนี้พลังงานของจักรวาลจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่เศษของพลังงานที่สามารถทำงานผ่านเครื่องยนต์ความร้อนหรือเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นที่ใช้งานได้ (ผ่านการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ติดกับเครื่องยนต์ความร้อน) เติบโตน้อยลงเรื่อย ๆ

การอนุรักษ์พลังงาน

ความจริงที่ว่าพลังงานที่สามารถสร้างค่ามิได้ถูกทำลายจะเรียกว่ากฎหมายของการอนุรักษ์พลังงานในรูปแบบของกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์สิ่งนี้ระบุว่าพลังงานของระบบปิดจะคงที่เว้นแต่พลังงานจะถูกถ่ายเทเข้าหรือออกโดยการทำงานหรือความร้อนและไม่มีการสูญเสียพลังงานในการถ่ายเท การไหลเข้าทั้งหมดของพลังงานในระบบจะต้องเท่ากับการไหลออกทั้งหมดของพลังงานจากระบบบวกกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่มีอยู่ภายในระบบ เมื่อใดก็ตามที่มีการวัด (หรือคำนวณ) พลังงานทั้งหมดของระบบอนุภาคที่ปฏิสัมพันธ์ไม่ขึ้นอยู่กับเวลาอย่างชัดเจนจะพบว่าพลังงานทั้งหมดของระบบยังคงคงที่เสมอ[12]

ในขณะที่ความร้อนจะสามารถแปลงได้อย่างเต็มที่ในการทำงานในการขยายตัว isothermal พลิกกลับของก๊าซที่เหมาะสำหรับกระบวนการวงจรที่น่าสนใจในเครื่องยนต์ร้อนกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าระบบการทำงานมักจะสูญเสียพลังงานบางอย่างเป็นความร้อนเหลือทิ้ง นี้จะสร้างการ จำกัด ปริมาณของพลังงานความร้อนที่สามารถทำผลงานในขั้นตอนวงจรเป็นวงเงินที่เรียกว่าพลังงานที่มีอยู่ พลังงานกลและรูปแบบอื่น ๆ สามารถเปลี่ยนไปในทิศทางอื่นเป็นพลังงานความร้อนได้โดยไม่มีข้อ จำกัด ดังกล่าว [13]พลังงานทั้งหมดของระบบสามารถคำนวณได้โดยการเพิ่มพลังงานทุกรูปแบบในระบบ

Richard Feynmanกล่าวในระหว่างการบรรยายปี 1961: [14]

มีความจริงหรือหากคุณต้องการกฎหมายที่ควบคุมปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดที่เป็นที่รู้กันในปัจจุบัน ไม่มีข้อยกเว้นที่เป็นที่รู้จักสำหรับกฎหมายนี้ - เท่าที่เราทราบแน่นอน กฎหมายที่เรียกว่าการอนุรักษ์พลังงาน ระบุว่ามีปริมาณหนึ่งซึ่งเราเรียกว่าพลังงานที่ไม่เปลี่ยนแปลงในการเปลี่ยนแปลงมากมายที่ธรรมชาติได้รับ นั่นเป็นความคิดที่เป็นนามธรรมที่สุดเพราะเป็นหลักการทางคณิตศาสตร์ มันบอกว่ามีปริมาณตัวเลขซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีบางอย่างเกิดขึ้น ไม่ใช่คำอธิบายกลไกหรืออะไรที่เป็นรูปธรรม มันเป็นเพียงความจริงที่แปลกประหลาดที่เราสามารถคำนวณจำนวนได้และเมื่อเราดูธรรมชาติเสร็จแล้วก็ผ่านเล่ห์เหลี่ยมของเธอและคำนวณตัวเลขอีกครั้งมันก็เหมือนกัน

-  การบรรยายเรื่องฟิสิกส์ของไฟน์แมน

พลังงานส่วนใหญ่ (โดยพลังงานโน้มถ่วงเป็นข้อยกเว้นที่น่าสังเกต) [15]อยู่ภายใต้กฎหมายอนุรักษ์ท้องถิ่นที่เข้มงวดเช่นกัน ในกรณีนี้พลังงานสามารถแลกเปลี่ยนได้ระหว่างพื้นที่ที่อยู่ติดกันเท่านั้นและผู้สังเกตการณ์ทั้งหมดจะเห็นพ้องกับความหนาแน่นเชิงปริมาตรของพลังงานในพื้นที่ใด ๆ นอกจากนี้ยังมีกฎการอนุรักษ์พลังงานระดับโลกที่ระบุว่าพลังงานทั้งหมดของจักรวาลไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ นี่เป็นข้อพิสูจน์ของกฎหมายท้องถิ่น แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน[13] [14]

กฎนี้เป็นหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์ ดังที่แสดงให้เห็นอย่างเคร่งครัดในทฤษฎีบทของ Noetherการอนุรักษ์พลังงานเป็นผลทางคณิตศาสตร์ของความสมมาตรของเวลาที่แปลได้[16]คุณสมบัติของปรากฏการณ์ส่วนใหญ่ที่อยู่ต่ำกว่าระดับจักรวาลที่ทำให้พวกมันเป็นอิสระจากตำแหน่งของพวกมันในพิกัดเวลา ใส่ไม่เหมือนกันเมื่อวานวันนี้และพรุ่งนี้เป็นสิ่งที่แยกไม่ออก เนื่องจากพลังงานคือปริมาณซึ่งเป็นคอนจูเกตที่ยอมรับได้เป็นครั้งคราว. การพัวพันทางคณิตศาสตร์ของพลังงานและเวลานี้ยังส่งผลให้หลักการของความไม่แน่นอน - เป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดปริมาณพลังงานที่แน่นอนในช่วงเวลาใด ๆ ที่แน่นอน หลักการความไม่แน่นอนไม่ควรสับสนกับการอนุรักษ์พลังงาน - แต่จะให้ข้อ จำกัด ทางคณิตศาสตร์ที่พลังงานสามารถกำหนดและวัดได้ในหลักการ

พลังพื้นฐานของธรรมชาติแต่ละชนิดมีความสัมพันธ์กับพลังงานศักย์ประเภทต่างๆและพลังงานศักย์ทุกประเภท (เช่นเดียวกับพลังงานประเภทอื่น ๆ ) จะปรากฏเป็นมวลของระบบเมื่อใดก็ตามที่มีอยู่ ตัวอย่างเช่นสปริงที่ถูกบีบอัดจะมีมวลมากกว่าก่อนที่จะถูกบีบอัดเล็กน้อย ในทำนองเดียวกันเมื่อใดก็ตามที่พลังงานถูกถ่ายโอนระหว่างระบบโดยกลไกใด ๆ มวลที่เกี่ยวข้องจะถูกถ่ายโอนไปด้วย

ในกลศาสตร์ควอนตัพลังงานจะแสดงโดยใช้แฮมิลตันผู้ประกอบการ ไม่ว่าในเวลาใดก็ตามความไม่แน่นอนของพลังงานจะเกิดขึ้น

ซึ่งมีรูปแบบคล้ายกับHeisenberg Uncertainty Principle (แต่ไม่เทียบเท่าทางคณิตศาสตร์จริงๆเนื่องจากHและtไม่ใช่ตัวแปรผันแบบไดนามิกทั้งในแบบคลาสสิกหรือในกลศาสตร์ควอนตัม)

ในฟิสิกส์ของอนุภาคความไม่เท่าเทียมกันนี้อนุญาตให้มีความเข้าใจเชิงคุณภาพของอนุภาคเสมือนซึ่งมีโมเมนตัมการแลกเปลี่ยนซึ่งและกับอนุภาคจริงมีหน้าที่ในการสร้างกองกำลังพื้นฐานที่รู้จักทั้งหมด(เรียกว่าปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน ) โฟตอนเสมือนยังรับผิดชอบปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตระหว่างประจุไฟฟ้า (ซึ่งเป็นผลในกฎคูลอมบ์ ) สำหรับการสลายตัวด้วยรังสีที่เกิดขึ้นเองของสถานะปรมาณูและนิวเคลียร์ที่ออกแล้วสำหรับแรงคาซิเมียร์สำหรับกองกำลังพันธะแวนเดอร์วาลส์และปรากฏการณ์ที่สังเกตได้อื่น ๆ

การถ่ายเทพลังงาน

ระบบปิด

การถ่ายโอนพลังงานถือได้ว่าเป็นกรณีพิเศษของระบบที่ปิดการถ่ายโอนสสาร ส่วนของพลังงานที่ถ่ายโอนโดยกองกำลังอนุรักษ์นิยมในระยะทางจะถูกวัดตามงานที่ระบบต้นทางทำในระบบรับ ส่วนของพลังงานที่ไม่ได้ทำผลงานระหว่างการถ่ายโอนที่เรียกว่าความร้อน [หมายเหตุ 4]สามารถถ่ายโอนพลังงานระหว่างระบบได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่นการส่งของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านโฟตอนการชนกันทางกายภาพซึ่งโอนพลังงานจลน์ , [หมายเหตุ 5]และการถ่ายโอนสื่อกระแสไฟฟ้าพลังงานความร้อน

พลังงานได้รับการอนุรักษ์อย่างเคร่งครัดและยังได้รับการอนุรักษ์ในท้องถิ่นทุกที่ที่สามารถกำหนดได้ ในทางอุณหพลศาสตร์สำหรับระบบปิดกระบวนการถ่ายเทพลังงานอธิบายไว้โดยกฎข้อที่ 1 : [หมายเหตุ 6]

 

 

 

 

( 1 )

ปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนไปอยู่ที่ไหน  แสดงถึงงานที่ทำในระบบและแสดงถึงการไหลของความร้อนเข้าสู่ระบบ เนื่องจากการทำให้เข้าใจง่ายขึ้นบางครั้งระยะความร้อนจะถูกละเลยโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อประสิทธิภาพเชิงความร้อนของการถ่ายเทสูง

 

 

 

 

( 2 )

สมการแบบง่ายนี้เป็นสมการที่ใช้กำหนดจูลเช่น

ระบบเปิด

นอกเหนือจากข้อ จำกัด ของระบบปิดระบบเปิดอาจได้รับหรือสูญเสียพลังงานเมื่อเชื่อมโยงกับการถ่ายเทสสาร (ทั้งสองกระบวนการนี้แสดงโดยการเติมน้ำมันอัตโนมัติซึ่งเป็นระบบที่ได้รับพลังงานโดยไม่ต้องเพิ่มงานหรือความร้อน) แสดงถึงพลังงานนี้โดยใครคนหนึ่งอาจเขียน

 

 

 

 

( 3 )

อุณหพลศาสตร์

กำลังภายใน

พลังงานภายในคือผลรวมของพลังงานในรูปแบบกล้องจุลทรรศน์ทั้งหมดของระบบ เป็นพลังงานที่จำเป็นในการสร้างระบบ มันเกี่ยวข้องกับพลังงานศักย์เช่นโครงสร้างโมเลกุลโครงสร้างผลึกและลักษณะทางเรขาคณิตอื่น ๆ ตลอดจนการเคลื่อนที่ของอนุภาคในรูปของพลังงานจลน์ อุณหพลศาสตร์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุด้วยอุณหพลศาสตร์เพียงอย่างเดียว [17]

กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์อ้างพลังงานที่ ( แต่ไม่จำเป็นต้องอุณหพลศาสตร์พลังงาน ) เป็นป่าสงวนเสมอ[18]และไหลของความร้อนเป็นรูปแบบของการถ่ายโอนพลังงาน สำหรับระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีอุณหภูมิและความดันที่กำหนดไว้อย่างดีข้อสรุปที่ใช้กันทั่วไปของกฎข้อแรกคือสำหรับระบบที่มีแรงดันและการถ่ายเทความร้อนเท่านั้น (เช่นก๊าซที่เต็มถัง) โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี การเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างของพลังงานภายในของระบบ (ด้วยการได้รับพลังงานที่บ่งบอกโดยปริมาณบวก) จะได้รับเป็น

,

โดยที่คำแรกทางด้านขวาคือความร้อนที่ถ่ายเทเข้าสู่ระบบซึ่งแสดงในรูปของอุณหภูมิ Tและเอนโทรปี S (ซึ่งเอนโทรปีเพิ่มขึ้นและการเปลี่ยนแปลง d Sเป็นบวกเมื่อระบบได้รับความร้อน) และเทอมสุดท้ายทางด้านขวา ด้านมือถูกระบุว่าเป็นงานที่ทำในระบบโดยที่ความดันคือPและปริมาตรV (ผลเครื่องหมายลบเนื่องจากการบีบอัดของระบบต้องทำงานให้เสร็จดังนั้นการเปลี่ยนแปลงระดับเสียง d Vจึงเป็นลบเมื่อทำงานเสร็จ บนระบบ).

สมการนี้เป็นที่เจาะจงมากไม่สนใจสารเคมีทุกกองกำลังไฟฟ้านิวเคลียร์และแรงโน้มถ่วงผลเช่นการพาทุกรูปแบบของพลังงานอื่น ๆ นอกเหนือจากความร้อนและ PV-ทำงาน การกำหนดทั่วไปของกฎข้อแรก (เช่นการอนุรักษ์พลังงาน) นั้นใช้ได้แม้ในสถานการณ์ที่ระบบไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกัน ในกรณีเหล่านี้การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบปิดจะแสดงในรูปแบบทั่วไปโดย

ความร้อนที่จ่ายให้กับระบบอยู่ที่ไหนและเป็นงานที่ใช้กับระบบ

อุปกรณ์ของพลังงาน

พลังงานของกลประสานมือ (มวลในฤดูใบไม้ผลิที่) เป็นอีกทางเลือกหนึ่งพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ที่จุดสองจุดในวัฏจักรการสั่นมันเป็นแบบจลน์ทั้งหมดและที่สองจุดนั้นมีศักยภาพทั้งหมด ในวัฏจักรทั้งหมดหรือหลายรอบพลังงานสุทธิจึงแบ่งเท่า ๆ กันระหว่างจลน์และศักย์ นี้เรียกว่าหลักการแบ่งเท่า ; พลังงานทั้งหมดของระบบที่มีองศาอิสระหลายระดับจะถูกแยกออกอย่างเท่าเทียมกันในระดับอิสระที่มีอยู่ทั้งหมด

หลักการนี้เป็นอย่างจำเป็นสำคัญในการทำความเข้าใจพฤติกรรมของปริมาณที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับพลังงานที่เรียกว่าเอนโทรปีเอนโทรปีเป็นการวัดความสม่ำเสมอของการกระจายพลังงานระหว่างส่วนต่างๆของระบบ เมื่อระบบแยกได้รับองศาอิสระมากขึ้น (กล่าวคือได้รับสถานะพลังงานที่มีอยู่ใหม่ซึ่งเหมือนกับสถานะที่มีอยู่) พลังงานทั้งหมดจะกระจายไปทั่วทุกองศาที่มีอยู่เท่า ๆ กันโดยไม่มีความแตกต่างระหว่างองศา "ใหม่" และ "เก่า" ผลทางคณิตศาสตร์นี้เรียกว่ากฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ใช้ได้กับระบบที่อยู่ใกล้หรืออยู่ในสภาวะสมดุลเท่านั้น. สำหรับระบบที่ไม่สมดุลกฎหมายที่ควบคุมพฤติกรรมของระบบยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ หนึ่งในหลักการแนวทางสำหรับระบบเหล่านี้คือหลักการของการผลิตเอนโทรปีสูงสุด [19] [20]มันระบุว่าระบบที่ไม่มีความสมดุลจะทำงานในลักษณะที่จะเพิ่มการผลิตเอนโทรปีให้ได้สูงสุด [21]

ดูสิ่งนี้ด้วย

  • การเผาไหม้
  • ดัชนีบทความด้านพลังงาน
  • ดัชนีของบทความคลื่น
  • คำสั่งของขนาด (พลังงาน)
  • โรงไฟฟ้า
  • ถ่ายโอนพลังงาน

หมายเหตุ

  1. ^ กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กำหนดข้อ จำกัด เกี่ยวกับความสามารถของระบบในการถ่ายโอนพลังงานโดยการปฏิบัติงานเนื่องจากบางส่วนของการใช้พลังงานของระบบอาจจำเป็นต้องบริโภคในรูปแบบของความร้อนแทน ดูเช่น Lehrman, Robert L. (1973) "พลังงานไม่ใช่ความสามารถในการทำงาน". ฟิสิกส์ครู 11 (1): 15–18. รหัสไปรษณีย์ : 1973PhTea..11 ... 15L . ดอย : 10.1119 / 1.2349846 . ISSN 0031-921X . 
  2. ^ ตัวอย่างเหล่านี้เป็นเพียงภาพประกอบเท่านั้นเนื่องจากไม่ใช่พลังงานที่มีอยู่ในการทำงานซึ่ง จำกัด ประสิทธิภาพของนักกีฬา แต่เป็นกำลังขับของสปรินเตอร์และแรงของนักยกน้ำหนัก คนงานซ้อนชั้นวางของในซูเปอร์มาร์เก็ตทำงานได้ดีกว่านักกีฬาคนใดคนหนึ่ง แต่ทำงานได้ช้ากว่า
  3. ^ คริสตัลเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของระบบที่มีลำดับสูงซึ่งมีอยู่ในธรรมชาติ: ในกรณีนี้เช่นกันคำสั่งนั้นเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนจำนวนมาก (เรียกว่าพลังงานตาข่าย ) ไปยังสิ่งรอบข้าง
  4. ^ แม้ว่าความร้อนจะ "สูญเปล่า" พลังงานสำหรับการถ่ายเทพลังงานที่เฉพาะเจาะจง (ดู:ความร้อนเหลือทิ้ง ) ก็มักจะถูกควบคุมให้ทำงานที่มีประโยชน์ในปฏิกิริยาต่อ ๆ ไป อย่างไรก็ตามพลังงานสูงสุดที่สามารถ "รีไซเคิล" จากกระบวนการกู้คืนดังกล่าวถูก จำกัด ด้วยกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
  5. ^ กลไกสำหรับการชนกันทางกายภาพโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ส่วนใหญ่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าแต่เป็นเรื่องปกติมากที่จะลดความซับซ้อนของการโต้ตอบโดยไม่สนใจกลไกของการชนกันและเพียงแค่คำนวณจุดเริ่มต้นและผลลัพธ์สุดท้าย
  6. ^ มีรูปแบบเครื่องหมายหลายประการสำหรับสมการนี้ ที่นี่สัญญาณในสมการนี้เป็นไปตามอนุสัญญา IUPAC

อ้างอิง

  1. ^ ฮาร์เปอร์ดักลาส "พลังงาน" . ออนไลน์นิรุกติศาสตร์พจนานุกรม ที่เก็บถาวรจากเดิมเมื่อวันที่ 11 ตุลาคม 2007 สืบค้นเมื่อ1 พฤษภาคม 2550 .
  2. ^ สมิ ธ , ครอสบี้ (1998) วิทยาศาสตร์ของพลังงาน - ประวัติวัฒนธรรมแห่งฟิสิกส์พลังงานในสหราชอาณาจักรวิคตอเรีย สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยชิคาโก ISBN 978-0-226-76420-7.
  3. ^ ลอฟ, G; โอคีฟ D; และคณะ (2547). "11 - ปฏิสัมพันธ์เชิงกล" Jacaranda Physics 1 (2 ed.). มิลตันควีนส์แลนด์ออสเตรเลีย: John Willey & Sons Australia Ltd. p. 286. ISBN 978-0-7016-3777-4.
  4. ^ มิลโตเนียนเว็บไซต์ MIT OpenCourseWare 18.013A บทที่ 16.3 Accessed กุมภาพันธ์ 2007
  5. ^ a b Schmidt-Rohr, K. (2020). "ออกซิเจนเป็นโมเลกุลพลังงานสูงที่เสริมพลังให้กับชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อน: การแก้ไขพื้นฐานสำหรับพลังงานชีวภาพแบบดั้งเดิม" ACS Omega 5 : 2221-2233 http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
  6. ^ "สืบค้นเมื่อ May-29-09" . Uic.edu. สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 2010-06-04 . สืบค้นเมื่อ2010-12-12 .
  7. ^ เครื่องคิดเลขจักรยาน - ความเร็ว, น้ำหนัก, วัตต์ ฯลฯ "เครื่องคิดเลขจักรยาน" ที่เก็บถาวรจากเดิมเมื่อวันที่ 2009-05-13 สืบค้นเมื่อ2009-05-29 ..
  8. ^ Schmidt-โรห์ K (2015) "ทำไมการเผาไหม้มักจะคายความร้อนผลผลิตเกี่ยวกับ 418 กิโลจูลต่อโมลของ O 2 " เจ. Educ . 92 (12): 2094–2099 Bibcode : 2015JChEd..92.2094S . ดอย : 10.1021 / acs.jchemed.5b00333 .
  9. ^ อิโตะอากิฮิโตะ; โออิคาวะ, ทาเคฮิสะ (2547). "การทำแผนที่โลกของผลผลิตหลักบนบกและประสิทธิภาพการใช้แสงด้วยแบบจำลองตามกระบวนการจัด เก็บเมื่อ 2006-10-02 ที่ Wayback Machine " ใน Shiyomi, M. et al (Eds.)การเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมโลกในมหาสมุทรและบนบก. หน้า 343–58
  10. ^ "งบประมาณของโลกพลังงาน" Okfirst.ocs.ou.edu เก็บถาวรไปจากเดิมใน 2008/08/27 สืบค้นเมื่อ2010-12-12 .
  11. ^ a b Misner, Thorne, Wheeler (1973) แรงโน้มถ่วง ซานฟรานซิสโก: WH Freeman ISBN 978-0-7167-0344-0.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  12. ^ Berkeley Physics Course เล่ม 1 Charles Kittel, Walter D Knight และ Malvin A Ruderman
  13. ^ a b The Laws of Thermodynamics Archived 2006-12-15 at the Wayback Machineรวมถึงคำจำกัดความอย่างระมัดระวังเกี่ยวกับพลังงานพลังงานอิสระและอื่น ๆ
  14. ^ a b Feynman, Richard (1964) การบรรยายเรื่องฟิสิกส์ของไฟน์แมน; เล่ม 1 . สหรัฐอเมริกา: Addison Wesley ISBN 978-0-201-02115-8.
  15. ^ "E. Noether's Discovery of the deep connection between Symmetries and Conservation Laws" . Physics.ucla.edu. พ.ศ. 2461-07-16. สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 2011-05-14 . สืบค้นเมื่อ2010-12-12 .
  16. ^ "เวลา Invariance" Ptolemy.eecs.berkeley.edu. สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 2011-07-17 . สืบค้นเมื่อ2010-12-12 .
  17. ^ I.Clotz, R. Rosenberg,เคมีอุณหพลศาสตร์ - แนวคิดและวิธีการพื้นฐาน , 7th ed., Wiley (2008), p.39
  18. ^ คิตเทลและโครเมอร์ (1980) ฟิสิกส์เชิงความร้อน . นิวยอร์ก: WH Freeman ISBN 978-0-7167-1088-2.
  19. ^ Onsager, L. (1931). "ความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันในกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้" . ร่างกาย. รายได้ 37 (4): 405–26. Bibcode : 1931PhRv ... 37..405O . ดอย : 10.1103 / PhysRev.37.405 .
  20. ^ Martyushev, LM; Seleznev, VD (2006). "หลักการผลิตเอนโทรปีสูงสุดทางฟิสิกส์เคมีและชีววิทยา". รายงานฟิสิกส์ 426 (1): 1–45 รหัสไปรษณีย์ : 2006PhR ... 426 .... 1M . ดอย : 10.1016 / j.physrep.2005.12.001 .
  21. ^ เบลกิ้น, ก.; et., al. (2558). "Self-ประกอบ Wiggling นาโนโครงสร้างและหลักการของการผลิตเอนโทรปีสูงสุด" วิทย์. ตัวแทนจำหน่าย 5 : 8323. Bibcode : 2015NatSR ... 5E8323B . ดอย : 10.1038 / srep08323 . PMC 4321171 PMID 25662746  

อ่านเพิ่มเติม

  • Alekseev, GN (1986). พลังงานและการปฎิบัติ มอสโก: สำนักพิมพ์ Mir
  • ชีวมณฑล (A Scientific American Book), San Francisco, WH ฟรีแมนและ Co. , 1970 ISBN 0-7167-0945-7 หนังสือเล่มนี้ซึ่งเดิม 1970 Scientific Americanปัญหาครอบคลุมแทบทุกความกังวลหลักและแนวคิดตั้งแต่การถกเถียงกันเกี่ยวกับวัสดุและทรัพยากรพลังงาน , ประชากรแนวโน้มและความเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อม 
  • Crowell, Benjamin (2011), "ch. 11" , Light and Matter , Fullerton, California: Light and Matter
  • พลังงานไฟฟ้าและพลังงาน (A Scientific American Book), San Francisco, WH ฟรีแมนและ Co. , 1971 ISBN 0-7167-0938-4 
  • Ross, John S. (23 เมษายน 2545). "การทำงานพลังงานพลังงานจลน์" (PDF) โครงการ PHYSNET มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมิชิแกน
  • Santos, Gildo M. "พลังงานในบราซิล: ภาพรวมทางประวัติศาสตร์," The Journal of Energy History (2018) ออนไลน์ $ 1
  • Smil, Vaclav (2008). พลังงานในธรรมชาติและสังคม: energetics ทั่วไปของระบบที่ซับซ้อน เคมบริดจ์สหรัฐอเมริกา: สำนักพิมพ์ MIT ISBN 978-0-262-19565-2.
  • วอลดิงริชาร์ด; แรพกินส์, เกร็ก; รอสซิเตอร์, เกล็น (2542). ศตวรรษใหม่ฟิสิกส์อาวุโส เมลเบิร์นออสเตรเลีย: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ISBN 978-0-19-551084-3.

วารสาร

  • วารสารประวัติศาสตร์พลังงาน / Revue d'histoire de l'énergie (JEHRHE), 2018-

ลิงก์ภายนอก

  • พลังงานที่Curlie
  • ความแตกต่างระหว่างพลังงานความร้อนและความร้อน - BioCab