에너지 절약 원리 - 개념과 예

에너지 보존 원리가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 그리고 이 물리 법칙의 실제 사례를 설명합니다.

우리가 미끄럼틀을 타고 내려갈 때 위치에너지는 운동에너지로 변환됩니다.

에너지 보존의 원리는 무엇입니까?

열역학 제1법칙이라고도 알려진 에너지 보존 원리 또는 에너지 보존 법칙은 고립된 물리적 시스템(즉, 다른 시스템과 상호 작용하지 않음)의 총 에너지 량이 항상 동일하게 유지된다는 것을 나타냅니다. 단, 다른 유형의 에너지로 변환되는 경우는 제외됩니다.

이는 우주 의 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없으며 전기 에너지를 열에너지 로 (저항이 작동하는 방식) 또는 빛 에너지(저항이 작동하는 방식) 와 같은 다른 형태의 에너지로만 변환된다는 원리로 요약됩니다. . 전구). 따라서 특정 작업을 수행하거나 특정 화학 반응이 있을 때 변환을 고려하지 않으면 초기 및 최종 에너지의 양이 달라진 것처럼 보입니다.

에너지 보존 원리에 따르면, 일정량의 열(Q)이 시스템에 유입되면, 그 열은 항상 내부 에너지량의 증가(ΔU)와 수행한 일 (W) 의 차이와 같습니다. .해당 시스템 에 의해 . 이런 식으로 공식: Q = ΔU + W를 얻었고 , 이로부터 ΔU = Q – W 가 도출됩니다.

이 원리는 화학 분야에도 적용됩니다  . 왜냐하면  화학 반응에 관련된 에너지는 알베르트의 유명한 공식인 E =에 의해 표시되는 것처럼 후자가 에너지로 변환되는 경우를 제외하고는 질량 과  마찬가지로 항상 보존되는 경향이 있기 때문 입니다 . mc 2 , 여기서 E는 에너지, m은 질량, c는  빛의 속도 입니다 . 이 방정식은 상대론 이론에서 매우 중요합니다.

그러면 에너지는 이미 말한 것처럼 손실되지 않지만  열역학 제2법칙에 따라 작업을 수행하는 데 더 이상 유용하지 않을 수 있습니다.  시스템의 엔트로피(무질서)는 시간이 지남에 따라 증가하는 경향 이  있습니다 . 통과  , 즉 시스템은 필연적으로 무질서해지는 경향이 있습니다.

첫 번째 법칙에 따른 이 두 번째 법칙의 작용은 에너지를 영원히 그대로 유지하는 고립된 시스템(예: 영구 운동  또는 보온병의 뜨거운 내용물)이 존재하는 것을 방지합니다. 에너지가 생성되거나 파괴될 수 없다고 해서 그것이 변하지 않고 그대로 유지된다는 의미는 아닙니다.

참고: 물질 보존의 법칙

에너지 보존 원리의 예

미끄럼틀 위에서 쉬고 있는 소녀가 있다고 가정해보자. 중력 위치 에너지 만 작용 하므로 운동 에너지는 0J입니다. 그러나 슬라이드를 아래로 미끄러질 때 속도가 증가하고 운동 에너지 도 증가 하지만 높이가 감소함에 따라 중력 위치 에너지도 감소합니다. 마지막으로, 최대 운동 에너지로 슬라이드 끝 부분에서 최대 속도에 도달합니다. 그러나 높이는 감소하고 중력 위치 에너지는 0J가 됩니다. 하나의 에너지가 다른 에너지로 변환되지만 두 에너지의 합은 설명된 시스템에서 항상 동일한 양을 제공합니다.

또 다른 가능한 예는 스위치가 활성화될 때 일정량의 전기 에너지를 수신하고 전구가 가열됨에 따라 이를 빛 에너지 와 열 에너지로 변환하는 전구의 작동입니다. 전기에너지, 열에너지, 빛에너지의 총량은 같지만, 전기에너지에서 빛에너지, 열에너지로 변환된 것입니다.