We leggen uit wat het principe van behoud van energie is, hoe het werkt en enkele praktische voorbeelden van deze natuurwet.
Wat is het principe van behoud van energie?
Het principe van behoud van energie of Energiebehoud wet, ook bekend als het eerste principe van de thermodynamica, stelt dat de totale hoeveelheid Energie in een geïsoleerd fysiek systeem (dat wil zeggen, zonder enige interactie met andere systemen) zal het altijd hetzelfde blijven, behalve wanneer het wordt omgezet in andere soorten energie.
Dit wordt samengevat in het principe dat de energie in de universum Het kan niet worden gecreëerd of vernietigd, het kan alleen worden omgezet in andere vormen van energie, zoals elektrische energie in calorische energie (zo werken weerstanden) of in lichtenergie (zo werken gloeilampen). Daarom zal bij het uitvoeren van bepaalde taken of in aanwezigheid van bepaalde chemische reacties de hoeveelheid begin- en eindenergie verschillen als er geen rekening wordt gehouden met de transformaties.
Volgens het principe van behoud van energie, wanneer een bepaalde hoeveelheid warmte (Q) in een systeem wordt geïntroduceerd, zal deze altijd gelijk zijn aan het verschil tussen de toename van de hoeveelheid interne energie (ΔU) plus de functie (W) gemaakt door said systeem. Op die manier hebben we de formule: Q = ΔU + W, waaruit volgt dat ΔU = Q - W.
Dit principe is ook van toepassing op het gebied vanchemie, aangezien de energie die betrokken is bij een chemische reactie altijd behouden zal blijven, net als demassa-, behalve in gevallen waarin deze laatste wordt omgezet in energie, zoals aangegeven door de beroemde formule van Albert Einstein van E = m.c2, waarbij E is energie, m is massa, en c islichtsnelheid. Deze vergelijking is van het grootste belang in relativistische theorieën.
Energie gaat dus niet verloren, zoals al is gezegd, maar het kan niet langer nuttig zijn om werk uit te voeren, volgens de tweede wet van de thermodynamica:entropie (stoornis) van een systeem heeft de neiging toe te nemen naarmate deweerMet andere woorden, systemen neigen onvermijdelijk tot wanorde.
De werking van deze tweede wet in overeenstemming met de eerste is wat het bestaan verhindert van geïsoleerde systemen die hun energie voor altijd intact houden (zoals de beweging eeuwigdurend, of de hete inhoud van een thermoskan). Dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, betekent niet dat het onveranderd blijft.
Voorbeelden van het principe van behoud van energie
Stel dat er een meisje op een glijbaan ligt, in rust. Slechts één handelt ernaar zwaartekracht potentiële energieDaarom is zijn kinetische energie 0 J. Terwijl hij van de glijbaan glijdt, neemt zijn snelheid toe en ook zijn Kinetische energie, maar bij verlies van hoogte, neemt ook de potentiële zwaartekracht ervan af. Ten slotte bereikt het aan het einde van de glijbaan op volle snelheid, met zijn maximale kinetische energie. Maar zijn lengte zal zijn afgenomen en zijn potentiële energie zwaartekrachtsenergie zal 0 J zijn. De ene energie wordt omgezet in de andere, maar de som van beide zal altijd dezelfde hoeveelheid opleveren in het beschreven systeem.
Een ander mogelijk voorbeeld is de werking van een gloeilamp, die een bepaalde hoeveelheid elektrische energie door de schakelaar te activeren en deze om te zetten in licht energie en in thermische energie, als de lamp opwarmt. De totale hoeveelheid elektrische, thermische en lichte energie is hetzelfde, maar is getransformeerd van elektrisch naar licht en thermisch.