любитель пионов
февраль 2018.
1901

Как именно один вид энергии преобразовывается в другой?

Ответить
Ответить
Комментировать
3
Подписаться
4
3 ответа
Поделиться
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Конкретные физические процессы, сопровождающие переход одного вида энергии в другой (или ведущие к такому переходу), зависят от обстоятельств (о какого рода энергиях речь, каких физических объектах или процессах). Поэтому здесь нет какого-то общего ответа. Что общего у механизмов перехода механической энергии при трении в тепловую и, скажем, части массы в энергию при распаде ядра урана? Ровным счетом ничего, кроме самого факта сохранения энергии в обоих случаях. То есть, конкретные механизмы "как именно" в разных случаях будут разные. 

С фундаментальной же точки зрения, сохранение энергии - это прямое следствие того, что все физические законы не зависят от времени (не меняются). Это позволяет для любой замкнутой физической системы указать некую скалярную величину, чья полная производная по времени будет равна нулю. Эту величину мы и называем "энергией", а разные "виды энергии" - это всего лишь ее отдельные слагаемые, или частные суммы таких слагаемых. Поскольку от времени, в общем случае, не зависит только полная сумма всех этих слагаемых, то любой "вид энергии" может меняться со временем, но само такое изменение непременно сопровождается изменением суммы всех прочих "видов энергии": равным по величине, но противоположным по знаку (ведь полная энергия остается постоянной до тех пор, пока не начнут меняться сами физические законы). В таком случае мы и говорим о "переходе" одного "вида энергии" в другой. А сопутствующие физические процессы, как уже сказано, могут быть самыми разными.

17
-2

Благодарю за ответ.  

Вот ещё один вопрос. Возьмём конкретный пример. Гальванический элемент. Между двумя электродами и электролитом происходят некоторые химические реакции и химическая энергия преобразовывается в электрическую. Может ли химическая энергия преобразоваться  в другой вид энергии? Если да, то при каких условиях? 

0
Ответить

Во-первых, есть химические реакции, сопровождаемые выделением "нехимической" энергии (как в вашем примере), а есть - сопровождаемые ее поглощением. 

Типичный вид энергии, выделяемой в реакциях первого типа - это тепло. Например, тепло выделяетсяпри горении. Да и в вашем примере часть энергии, выделившейся при химической реакции будет теплом, и лишь другая ее часть примет форму разности зарядов и потенциалов на полюсах батарейки. Если в ходе какой-то хим. реакции выделяется энергия, то какая-то часть энергии (иногда - 100%, всегда - не нулевая) будет тепловой. 

Аналогично и при хим. реакциях, сопровождающихся поглощением энергии: могут поглощаться тепло, энергия электрического поля/тока (при электролизе воды, например), энергия света (какие-нибудь фотозимические реакции). Но за подробностями лучше обратиться к химикам.

+2
Ответить

фотозимические

фотохимические

0
Ответить
Ещё 10 комментариев

Очень плохо не уважать философию. Закон сохранения энергии, о чем написал дауншифтер в науке, после Эйнштейна, написавшего, что E=mc2 не выполняется. Выполняется закон сохранения энергии-массы. А вот, если бы Вы уважали, вместе с дауншифтером, философию, то знали бы, что законы сохранения - выражение материальности мира, а вовсе не сохранения физических законов по времени.

По поводу примера с преобразованием химической энергии. Химические связи - выражение взаимодействия электронных оболочек, то есть электронов, в молекулах. Именно в этом механизм "преобразования" хим реакций в электрическую энергию так как электрический ток суть движение электронов.

-2
Ответить

Очень прискорбно, что вы не так поняли, что я подразумевала под своим "никнеймом". Философию я уважаю и ценю труды, которые принесли в этот мир предки, однако я не считаю её наукой. Возможно, украинский не ваш родной язык  поэтому вы и не правильно восприняли данный текст, так что скажу, что "вважа" - это считать, а не уважать.  А теперь по поводу самого ответа.

законы сохранения - выражение материальности мира, а вовсе не сохранения физических законов по времени.

Я не так много знаю о физике, и возможно не совсем поняла то,что вы хотели сказать, но всё же, при чём тут "условия преобразования одного вида энергии в другой" и "сохранение законов по времени"? Не совсем понимаю к чему это было сказано. 

Химические связи - выражение взаимодействия электронных оболочек, то есть электронов, в молекулах.

Это известно, однако я спрашивала как именно взаимодействуют электроны. Понятно, что в  преобразовании энергии непосредственно участвуют электроны и их составляющие, но что именно при этом происходит? И только лишь электроны участвуют в этом? Хотелось бы получить конкретный ответ.  

0
Ответить

АНДРЕЙ ИВАНОВ

Очень плохо не уважать философию. Закон сохранения энергии, о чем написал дауншифтер в науке, после Эйнштейна, написавшего, что E=mc2 не выполняется. Выполняется закон сохранения энергии-массы. 

А вот и пустословы подтянулись. Любители переливать из пустого в порожнее, не знакомые с предметом, о котором берутся рассуждать. Думаю, что господин Иванов не справится с задачками из школьного курса физики, но берется кого-то поучать. С какого-то бодуна решает, что масса и энергия после Эйнштейна – это разные вещи. Почему разные? Да, по кочану! Так захотелось ему и его варианту пустопорожней лженауки "философии". 

Вы хоть в курсе, что порождает эту самую массу? 

А вот, если бы Вы уважали, вместе с дауншифтером, философию, то знали бы, что законы сохранения - выражение материальности мира, а вовсе не сохранения физических законов по времени.

Сходили бы в Википелию, что ли, почитали бы насчет теоремы Нетер, чтобы не демонстрировать столь ярко свое дремучее невежество, философский мракобес. 

Такие как вы и устраивали погромы настоящей науки на всяких сессиях ВАХСНИЛ и прочих "филомофских дискуссиях" о том, что и как ученые "должны" понимать в своем предмете. В физику тоже полезли было, да атомная бомба помогла. Безответственные бездарности. Паразиты и вредители, неспособные создать хоть что-то реальное. 

0
Ответить

филомофских

философских

0
Ответить

ЛЮДИНА, ЩО НЕ ВВАЖАЄ ФІЛОСОФІЮ НАУКОЮ

при чём тут "условия преобразования одного вида энергии в другой" и "сохранение законов по времени"?

Есть такая теорема Нетер. Это - в математике, даже не в физике, строго говоря. Она говорит, что если некая система уравнений имеет какую-либо симметрию, то будет существовать и нечто, не меняющееся при преобразованиях в рамках этой симметрии.

Ну а раз что-то не меняется, то оно - "сохраняется". Все физические "законы сохранения" чего-либо являются следствием той или иной симметрии физических уравнений.

Закон сохранения энергии - лишь один из множества физических законов сохранения, некоторые из которых вы тоже знаете (например, закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса, закон сохранения электрического заряда). И каждый из физических законов сохранения отражает одну из симметрий физических уравнений.

Например, параллельный перенос в пространстве не меняет физических законов и вид физических уравнений, отражающих эти законы. Следствием этого факта является сохранение импульса любой замкнутой системы. А если бы физические законы и описывающие их уравнения изменялись бы при таком переносе, у нас не сохранялся бы суммарный импульс.

Аналогично обстоит дело и с переносом во времени. Раз и пока физические законы не меняются с течением времени, то не меняется и полная энергия замкнутой системы. Соответственно, отдельным "видам энергии" факт неизменности физических законов "разрешает" меняться только так, чтобы полная (суммарная) энергия замкнутой систем сохранялась. Соответственно, увеличению какого-то одного вида энергии волей-неволей ВСЕГДА сопутствует уменьшение какого-то другого, чтобы сумма не менялась. А если полная энергия замкнутой системы начнет меняться со временем, значит начали меняться физические законы. Пока такого явления не зарегистрировано, но кто знает, что было, например, в момент возникновения нашей Вселенной? Или что произойдет в течении миллиардов лет.

Таким образом, ГЛОБАЛЬНО сохранение энергии - это синоним (следствие, эквивалент) постоянства физических законов во времени. Условие сохранения является универсальной первопричиной переходов одних "видов энергии" в другие. Раз сумма не меняется, то слагаемые могут меняться только за счет друг друга. Ну а более конкретные физические механизмы реализации в разных случаях будут разные.

С сохранением импульса и другими законами сохранения - ровно та же история. 

Понятно, что в  преобразовании энергии непосредственно участвуют электроны и их составляющие, но что именно при этом происходит?

Атом или группа взаимодействующих атомов имеют определенные уровни энергий, соответствующие их стабильному состоянию. Вернее, эти уровни соответствуют не столько состоянию атома или атомов в целом, сколько состоянию его/их электронов.

Откуда берутся эти уровни энергии и соответствующие им состояния? Состояния являются стационарными решениями уравнений квантовой механики, а уровень энергии - это характерное число (или, если угодно, параметр системы), при котором можно найти стационарное решение. Любую другую энергию атом или система атомов может иметь лишь очень недолго (состояние не стационарно) и непременно перейдет в одно из стационарных состояний.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда 1)два атома были далеко друг от друга и 2) оказались очень близко. Во втором случае электрические поля заряженных ядер перекроются. У электронов в таком совместном поле будут другие стационарные состояния, чем в ситуации двух далеких друг от друга атомов. А у других состояний - другие (свои) энергии. 

Теперь сравниваем самые низкие значения стационарных уровней энергии в первом и втором случаях. Если во втором энергия ниже, то атомам "выгодно" объединиться в молекулу, а избыток энергии излучить (дальше излученный фотон так и полетит куда-то далеко, или, наоборот, много раз провзаимодействует переизлучаясь с другими атомами и его энергия перейдет в кинетическую энергию хаотичного движениы атомов, то есть - в тепло). Вот вам образование двухатомной молекулы с выделением энергии в ходе химической реакции.

В противоположном случае минимальная внутренняя энергия молекулы выше, чем сумма минимальных энергий двух атомов . Могут такие атомы образовать молекулу? Да, если сначала получат откуда-то разницу в энергиях. Например, один атом мог иметь не наименьшую энергию из возможных, а более высокую. Почему? Ну, поглотил фотон, но не успел испустить его обратно. Или столкнулся с другим атомом и возбудился за счет энергии столкновения (кинетическая энергия теплового лвидения перешла во внутреннюю энергию атома и еще не излучена). А раз энергия одного из атомов не минимальна, то модет оказаться "выгодно" создать молекулу и "свалиться" на ее минимальную энергию. Вот вам пример химической реакции с поглощением энергии: что-то возбуждает атом, потратив свою энергию, и только из-за этого атом смог вступить в реакцию с соседом. А поглощенная до реакции энергия так и осталась внутри молекулы. Эта внутренняя энергия высвободится только после разрушения молекулы.

И только лишь электроны участвуют в этом?

Электроны и электрические поля ядер, с которыми электроны взаимодействуют. Любая химическая реакция - это изменение состояния электронных оболочек.

Почему не участвуют ядра? Потому что ядра несравненно тяжелее электронов. Солнце ведь тоже почти не отреагирует на приближение или удаление Земли - оно слишком тяжелое, чтобы сколь-нибудь заметно дергаться из-за такой мелочи. Вот и атомные ядра не обращают особого внимания на происходящее с их электронами

Сами ядра тоже не разваливаются на части по поводу электрического поля электронов. Внутренние силы, удерживающие кварки в ядре несравненно мощнее, чем электрические поля в атоме.

По этой причине квантовая механика решает задачу о повелении электронов в поле ядер, но не интересуется поведением ядер в поле электронов - это настолько малая поправка, что ее и измерить-то не получится. Соответственно, вся химия - это поведение электронных оболочек в полях одного или нескольких ядер. А когда речь заходит о поведении самого ядра, то становится уже не до химии.

+2
Ответить

Снова благодарю вас за предоставление ответов на мои вопросы. Очень полное и доступное объяснение. 

0
Ответить

Да, а в случае гальванических элементов атому или молекуле (группе соединенных атомов) оказывается энергетически выгодно отдать свой электрон другому типу атомов или молекул (а тем - его принять). И продолжится это до тех пор, пока не образуется такой макроскопический заряд, что его электрическое поле снизит до нуля всю "выгоду" обмена электронами. Противоположно заряженным ионам (противоионам) станет невыгодно уходить обратно в раствор и они тоже будут оставаться рядом с накопленным зарядом. В итоге заряд перестанет расти даже если продолжится обмен электронами (химическая реакция). Но и сама реакция тоже затормозится, хотя не обязательно до нуля. А потом мы соединяем полюса через полезную нагрузку (или устраиваем короткое замыкание), накополенный заряд палает, противоионы легче уходят в раствор, реакция ускоряется, заряд быстрее образуется, но тут же уходит через электрическую цепь и поэтому не растет, пока не разомкнем цепь.

+1
Ответить

Довожу до Вашего сведения, что я защитил степень кандидата наук по физике плазмы. Так что Вы попали пальцем в "мимо неба". Впрочем, Ваша истерическая реакция и "многа букафф" как раз доказывает Вашу неправоту. То, что Вам не посчастливилось слушать лекции настоящих философов - это Ваша беда. А я, наоборот, слушал таковые в стенах здания Двенадцати Коллегий.

Перепечатывать тексты из Википедии без понимания механизмов процессов - это удел всех дауншифтеров по жизни.

0
Ответить

Довожу до Вашего сведения, что я защитил степень кандидата наук по физике плазмы

Это не делает ваш ответ содержательным или умным. Как и вас лично.

+1
Ответить

Вы обычно выделяете жирным главную мысль, а тут "все физические законы не зависят от времени (не меняются)" не выделили. 

0
Ответить
Прокомментировать

Энергия это мера взаимодействия материи, полей и/в пространство-времени. Поля подразумеваются ядерные и электрослабые (гравитационные в том числе). Взаимодействие между материей и полями осуществляется через обмен энергий и импульсом переносчиками — виртуальными частицами из вакуума. Они же, переносчики, осуществляют переход (преобразование) энергии (поля) в материю (частицы) и наоборот, в рамках квантовой физики (гравитационное взаимодействие определяется геометрией пространства-времени заданной кривизны в рамках ОТО).   

Традиция разделять энергию на механическую (потенциальную, кинетическую), тепловую, звуковую, ядерную и т. п. — традиционный и очень удобный технический (практический, педагогический) приём, упрощающий вычисления для конкретных задач в различных областях физики. Но за это удобство надо платить, и преобразование энергии уже не процесс (механизм), который можно объяснить, а техническое средство для выполнения закона сохранения полной энергии в замкнутой системе.

14
-1
Прокомментировать

Каким образом ваш 8-часовой рабочий день превращается в сумму на карточке в конце месяца? Так же и в физике.

Энергия это не что-то отдельное, что можно пощупать. Это лишь абстракция описывающая некоторое состояние системы — или, если хотите, числа в «компьютере вселенной», который вычитает и прибавляет их, просто потому что есть законы.

Примерно, как ваш начальник, когда перечисляет зарплату.

3
-1
Прокомментировать
Ответить