శక్తి పరిరక్షణ చట్టం

ఆధునిక భౌతిక శాస్త్రానికి చలనంతో సంబంధం ఉన్న అనేక రకాల శక్తి తెలుసు లేదా అనేక రకాల భౌతిక వస్తువులు లేదా కణాల యొక్క విభిన్న పరస్పర అమరిక, ఉదాహరణకు, ఏదైనా కదిలే శరీరం దాని వేగం యొక్క వర్గానికి అనులోమానుపాతంలో గతి శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. శరీరం యొక్క వేగం పెరిగినా లేదా తగ్గినా ఈ శక్తి మారవచ్చు. భూమి పైన పెరిగిన శరీరం గురుత్వాకర్షణ సంభావ్య శక్తిని కలిగి ఉంటుంది, ఇది శరీరం యొక్క ఎత్తులో మూడు మార్పులను కలిగి ఉంటుంది.

ఒకదానికొకటి కొంత దూరంలో ఉన్న స్థిర విద్యుత్ ఛార్జీలు, కూలంబ్ చట్టం ప్రకారం, ఛార్జీలు ఆకర్షిస్తాయి (అవి వేర్వేరు సంకేతాలతో ఉంటే) లేదా వర్గానికి విలోమానుపాతంలో ఉన్న శక్తితో తిప్పికొట్టవచ్చు. వాటి మధ్య దూరం.

గతి మరియు సంభావ్య శక్తిని అణువులు, అణువులు మరియు కణాలు, వాటి భాగాలు - ఎలక్ట్రాన్లు, ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు మొదలైనవి కలిగి ఉంటాయి. యాంత్రిక పని రూపంలో, విద్యుత్ ప్రవాహంలో, ఉష్ణ బదిలీలో, శరీరాల అంతర్గత స్థితిని మార్చడంలో, విద్యుదయస్కాంత తరంగాల ప్రచారంలో మొదలైనవి.

100 సంవత్సరాల క్రితం, భౌతికశాస్త్రం యొక్క ప్రాథమిక నియమం స్థాపించబడింది, దీని ప్రకారం శక్తి అదృశ్యం కాదు లేదా ఏమీ నుండి ఉత్పన్నం కాదు. ఆమె ఒక రకం నుండి మరొక రకానికి మాత్రమే మారగలదు… ఈ చట్టాన్ని శక్తి పరిరక్షణ చట్టం అంటారు.

A. ఐన్స్టీన్ రచనలలో, ఈ చట్టం గణనీయంగా అభివృద్ధి చేయబడింది. ఐన్స్టీన్ శక్తి మరియు ద్రవ్యరాశి యొక్క పరస్పర మార్పిడిని స్థాపించాడు మరియు తద్వారా శక్తి పరిరక్షణ చట్టం యొక్క వివరణను విస్తరించాడు, ఇది ఇప్పుడు సాధారణంగా శక్తి మరియు ద్రవ్యరాశి పరిరక్షణ చట్టంగా పేర్కొనబడింది.

ఐన్‌స్టీన్ సిద్ధాంతానికి అనుగుణంగా, శరీరం యొక్క శక్తి dEలో ఏదైనా మార్పు dE =dmc2 సూత్రం ద్వారా దాని ద్రవ్యరాశి dmలో మార్పుకు సంబంధించినది, ఇక్కడ c అనేది శూన్యంలో కాంతి వేగం 3 x 108 మిస్‌కి సమానం.

ఈ ఫార్ములా నుండి, ప్రత్యేకించి, ఏదైనా ప్రక్రియ ఫలితంగా, ప్రక్రియలో పాల్గొన్న అన్ని శరీరాల ద్రవ్యరాశి 1 గ్రా తగ్గితే, అప్పుడు శక్తి 9×1013 Jకి సమానం, ఇది 3000 టన్నులకు సమానం ప్రామాణిక ఇంధనం.

అణు పరివర్తనల విశ్లేషణలో ఈ నిష్పత్తులకు ప్రాథమిక ప్రాముఖ్యత ఉంది. చాలా స్థూల ప్రక్రియలలో, ద్రవ్యరాశిలో మార్పును నిర్లక్ష్యం చేయవచ్చు మరియు శక్తి పరిరక్షణ చట్టం గురించి మాత్రమే మాట్లాడవచ్చు.

కొన్ని నిర్దిష్ట ఉదాహరణలో శక్తి యొక్క పరివర్తనలను కనుగొనండి. లాత్‌పై ఏదైనా భాగాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి అవసరమైన శక్తి మార్పిడుల మొత్తం గొలుసును పరిగణించండి (Fig. 1). ప్రారంభ శక్తి 1 లెట్, మనం 100% తీసుకునే మొత్తం, నిర్దిష్ట మొత్తంలో శిలాజ ఇంధనం యొక్క పూర్తి దహన కారణంగా పొందబడుతుంది. అందువల్ల, మా ఉదాహరణ కోసం, 100% ప్రారంభ శక్తి ఇంధన దహన ఉత్పత్తులలో ఉంటుంది, ఇవి అధిక (సుమారు 2000 K) ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉంటాయి.

పవర్ ప్లాంట్ యొక్క బాయిలర్లో దహన ఉత్పత్తులు, చల్లబడినప్పుడు, నీరు మరియు నీటి ఆవిరికి వేడి రూపంలో వారి అంతర్గత శక్తిని వదులుతాయి. అయితే, సాంకేతిక మరియు ఆర్థిక కారణాల వల్ల, దహన ఉత్పత్తులు పరిసర ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబడవు. అవి దాదాపు 400 K ఉష్ణోగ్రత వద్ద ట్యూబ్ ద్వారా వాతావరణంలోకి విసర్జించబడతాయి, వాటితో కొంత అసలు శక్తిని తీసుకుంటాయి. అందువల్ల, ప్రారంభ శక్తిలో 95% మాత్రమే నీటి ఆవిరి యొక్క అంతర్గత శక్తికి బదిలీ చేయబడుతుంది.

ఫలితంగా వచ్చే నీటి ఆవిరి ఆవిరి టర్బైన్‌లోకి ప్రవేశిస్తుంది, ఇక్కడ దాని అంతర్గత శక్తి ప్రారంభంలో పాక్షికంగా ఆవిరి తీగల యొక్క గతి శక్తిగా మార్చబడుతుంది, ఇది టర్బైన్ రోటర్‌కు యాంత్రిక శక్తిగా ప్రసారం చేయబడుతుంది.

ఆవిరి శక్తిలో కొంత భాగాన్ని మాత్రమే యాంత్రిక శక్తిగా మార్చవచ్చు. కండెన్సర్‌లో ఆవిరి ఘనీభవించినప్పుడు మిగిలినది శీతలీకరణ నీటికి ఇవ్వబడుతుంది. మా ఉదాహరణలో, టర్బైన్ రోటర్‌కు బదిలీ చేయబడిన శక్తి సుమారు 38% ఉంటుందని మేము భావించాము, ఇది ఆధునిక పవర్ ప్లాంట్‌లలోని వ్యవహారాల స్థితికి దాదాపు అనుగుణంగా ఉంటుంది.

అని పిలవబడే కారణంగా యాంత్రిక శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చినప్పుడు జనరేటర్ యొక్క రోటర్ మరియు స్టేటర్ వైండింగ్‌లలో జూల్ నష్టాలు దాదాపు 2% శక్తిని కోల్పోతాయి. ఫలితంగా, ప్రారంభ శక్తిలో 36% గ్రిడ్‌లోకి వెళుతుంది.

ఒక ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ లాత్‌ను తిప్పడానికి దానికి సరఫరా చేయబడిన విద్యుత్ శక్తిలో కొంత భాగాన్ని మాత్రమే యాంత్రిక శక్తిగా మారుస్తుంది. మా ఉదాహరణలో, మోటారు వైండింగ్‌లలోని జూల్ హీట్ మరియు దాని బేరింగ్‌లలోని ఘర్షణ వేడి రూపంలో దాదాపు 9% శక్తి పరిసర వాతావరణంలోకి విడుదల చేయబడుతుంది.

అందువలన, ప్రారంభ శక్తిలో 27% మాత్రమే యంత్రం యొక్క పని అవయవాలకు పంపిణీ చేయబడుతుంది. కానీ శక్తి ప్రమాదాలు అక్కడ కూడా ముగియవు. ఒక భాగం యొక్క మ్యాచింగ్ సమయంలో ఎక్కువ శక్తి ఘర్షణపై ఖర్చు చేయబడుతుందని మరియు వేడి రూపంలో భాగాన్ని చల్లబరుస్తుంది ద్రవంతో తొలగించబడుతుంది. సిద్ధాంతపరంగా, అసలు భాగం యొక్క కావలసిన భాగాన్ని పొందడానికి ప్రారంభ శక్తిలో చాలా చిన్న భాగం (మా ఉదాహరణలో, 2% భావించబడుతుంది) మాత్రమే సరిపోతుంది.

అన్నం. 1. లాత్‌పై వర్క్‌పీస్‌ను ప్రాసెస్ చేసే సమయంలో శక్తి పరివర్తనల రేఖాచిత్రం: 1 - ఎగ్జాస్ట్ వాయువులతో శక్తి నష్టం, 2 - దహన ఉత్పత్తుల అంతర్గత శక్తి, 3 - పని ద్రవం యొక్క అంతర్గత శక్తి - నీటి ఆవిరి, 4 - శీతలీకరణ నుండి విడుదలయ్యే వేడి టర్బైన్ కండెన్సర్‌లోని నీరు, 5 - టర్బైన్ జనరేటర్ యొక్క రోటర్ యొక్క యాంత్రిక శక్తి, 6 - విద్యుత్ జనరేటర్‌లో నష్టాలు, 7 - యంత్రం యొక్క విద్యుత్ డ్రైవ్‌లో వ్యర్థాలు, 8 - యంత్రం యొక్క భ్రమణ యాంత్రిక శక్తి, 9 - ఘర్షణ పని, ఇది వేడిగా మార్చబడుతుంది, ద్రవం నుండి వేరు చేయబడుతుంది, శీతలీకరణ భాగం, 10 - ప్రాసెస్ చేసిన తర్వాత భాగం మరియు చిప్స్ యొక్క అంతర్గత శక్తిని పెంచుతుంది ...

ఇది చాలా విలక్షణమైనదిగా పరిగణించబడితే, పరిశీలనలో ఉన్న ఉదాహరణ నుండి కనీసం మూడు చాలా ఉపయోగకరమైన ముగింపులు తీసుకోవచ్చు.

మొదటిది, శక్తి మార్పిడి యొక్క ప్రతి దశలో కొంత భాగం పోతుంది... ఈ ప్రకటన శక్తి పరిరక్షణ చట్టాన్ని ఉల్లంఘించినట్లు అర్థం చేసుకోకూడదు. సంబంధిత పరివర్తన నిర్వహించబడే ఉపయోగకరమైన ప్రభావం కారణంగా ఇది పోతుంది. మార్పిడి తర్వాత మొత్తం శక్తి మొత్తం మారదు.

శక్తి మార్పిడి మరియు బదిలీ ప్రక్రియ ఒక నిర్దిష్ట యంత్రం లేదా ఉపకరణంలో జరిగితే, ఈ పరికరం యొక్క సామర్థ్యం సాధారణంగా సమర్థత (సామర్థ్యం) ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది... అటువంటి పరికరం యొక్క రేఖాచిత్రం అంజీర్‌లో చూపబడింది. 2.

అన్నం. 2. శక్తిని మార్చే పరికరం యొక్క సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయించే పథకం.

చిత్రంలో చూపిన సంజ్ఞామానాన్ని ఉపయోగించి, సామర్థ్యాన్ని సమర్థత = Epol/Epodగా నిర్వచించవచ్చు

ఈ సందర్భంలో, శక్తి పరిరక్షణ చట్టం ఆధారంగా, Epod = Epol + Epot ఉండాలి అని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది.

కాబట్టి, సమర్థతను కూడా ఈ క్రింది విధంగా వ్రాయవచ్చు: సమర్థత = 1 — (Epot / Epol)

FIGలో చూపిన ఉదాహరణకి తిరిగి వస్తున్నాను. 1, బాయిలర్ యొక్క సామర్థ్యం 95%, ఆవిరి యొక్క అంతర్గత శక్తిని యాంత్రిక పనిగా మార్చే సామర్థ్యం 40%, ఎలక్ట్రిక్ జనరేటర్ యొక్క సామర్థ్యం 95%, సామర్థ్యం - ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ యంత్రం - 75%, మరియు వర్క్‌పీస్ యొక్క వాస్తవ ప్రాసెసింగ్ యొక్క సామర్థ్యం సుమారు 7%.

గతంలో, శక్తి పరివర్తన చట్టాలు ఇంకా తెలియనప్పుడు, ప్రజల కల శాశ్వత చలన యంత్రం అని పిలవబడేది - శక్తిని ఖర్చు చేయకుండా ఉపయోగకరమైన పనిని చేసే పరికరం. అటువంటి ఊహాజనిత ఇంజిన్, దాని ఉనికి శక్తి పరిరక్షణ చట్టాన్ని ఉల్లంఘిస్తుంది, ఈ రోజు రెండవ రకమైన శాశ్వత చలన యంత్రానికి విరుద్ధంగా మొదటి రకమైన శాశ్వత చలన యంత్రం అని పిలుస్తారు. నేడు, వాస్తవానికి, ఎవరూ తీసుకోరు. మొదటి రకమైన శాశ్వత చలన యంత్రాన్ని సృష్టించే అవకాశం తీవ్రంగా ఉంది.

రెండవది, అన్ని శక్తి నష్టాలు చివరికి వేడిగా మార్చబడతాయి, ఇది వాతావరణ గాలికి లేదా సహజ రిజర్వాయర్ల నుండి నీటికి విడుదల చేయబడుతుంది.

మూడవది, ప్రజలు సంబంధిత ప్రయోజనకరమైన ప్రభావాన్ని పొందేందుకు ఖర్చు చేయబడిన ప్రాథమిక శక్తిలో కొద్ది భాగాన్ని మాత్రమే ఉపయోగించుకుంటారు.

శక్తి రవాణా ఖర్చులను పరిశీలిస్తే ఇది ప్రత్యేకంగా కనిపిస్తుంది. ఘర్షణ శక్తులను పరిగణించని ఆదర్శవంతమైన మెకానిక్స్‌లో, క్షితిజ సమాంతర విమానంలో కదిలే లోడ్‌లకు శక్తి అవసరం లేదు.

వాస్తవ పరిస్థితులలో, వాహనం వినియోగించే శక్తి అంతా ఘర్షణ శక్తులు మరియు వాయు నిరోధక శక్తులను అధిగమించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది, అంటే, చివరికి, రవాణాలో వినియోగించే శక్తి అంతా వేడిగా మార్చబడుతుంది. ఈ విషయంలో, ఈ క్రింది గణాంకాలు ఆసక్తికరంగా ఉన్నాయి, వివిధ రకాల రవాణాతో 1 కి.మీ దూరంలో 1 టన్ను సరుకును తరలించే పనిని వివరిస్తుంది: విమానం - 7.6 kWh / (t-km), కారు - 0.51 kWh / ( t- కిమీ), రైలు-0.12 kWh / (t-km).

అందువల్ల, రైలుతో పోలిస్తే 60 రెట్లు ఎక్కువ శక్తి వినియోగంతో వాయు రవాణాతో అదే ప్రయోజనకరమైన ప్రభావాన్ని సాధించవచ్చు. వాస్తవానికి, అధిక శక్తి వినియోగం గణనీయమైన సమయాన్ని ఆదా చేస్తుంది, కానీ అదే వేగంతో (కారు మరియు రైలు), శక్తి ఖర్చులు 4 రెట్లు భిన్నంగా ఉంటాయి.

ఇతర లక్ష్యాలను సాధించడానికి, ఉదాహరణకు సౌలభ్యం, వేగం మొదలైనవాటిని సాధించడానికి ప్రజలు తరచుగా శక్తి సామర్థ్యంతో ట్రేడ్-ఆఫ్‌లు చేస్తారని ఈ ఉదాహరణ సూచిస్తుంది. నియమం ప్రకారం, ప్రక్రియ యొక్క శక్తి సామర్థ్యం మనకు పెద్దగా ఆసక్తిని కలిగి ఉండదు — సాధారణ సాంకేతిక మరియు ప్రక్రియల సామర్థ్యం యొక్క ఆర్థిక మూల్యాంకనాలు ముఖ్యమైనవి... కానీ ప్రాథమిక శక్తి భాగాల ధర పెరిగేకొద్దీ, సాంకేతిక మరియు ఆర్థిక మూల్యాంకనాల్లో శక్తి భాగం మరింత ముఖ్యమైనది.