تاریخچه قانون بقای انرژی مکانیکی. دایره المعارف مدرسه قانون بقای انرژی کشف شد

شما اینجایید: بستن یک کسب و کار

نقش مهمی در کشف قانون بقا و تبدیل انرژی توسط آثار E.Kh. لنز و به ویژه کشف قانون جهت جریان القایی و اصل برگشت پذیری ماشین های الکتریکی. پیش نیاز مهم برای کشف قانون بقا و تبدیل انرژی، موفقیت زیست شناسی بود. افسانه در مورد "نیروی حیات" ویژه در بدن انسان و حیوانات از بین رفت. ارتباط مستقیمی بین میزان غذای مصرفی و توانایی انجام کار برقرار شد.

بیشتر ببین:

قانون بقای انرژی را نه یک فیزیکدان، بلکه توسط یک پزشک کشف کرد.

در سال 1840، در جزیره جاوه، دکتر کشتی، روبرت مایر آلمانی، رگ یک بیمار را باز کرد و... در کمال وحشت متوجه شد که نه خون تیره، بلکه قرمز مایل به قرمز جریان دارد! آیا واقعاً به جای رگ به شریان ختم شده است؟! ترس دکتر با این واقعیت توضیح داده شد که خون قرمز مایل به قرمز از قلب در شریان ها جریان می یابد - این خون پر از اکسیژن است. و دوباره به قلب، خون از طریق رگ ها جریان می یابد. خون وریدی اکسیژن کمی را حفظ می کند، به همین دلیل رنگ آن قرمز تیره است. خونریزی از شریان کشنده است.

با این حال، پزشکان محلی به مایر اطمینان دادند: آنها توضیح دادند که در اینجا، در مناطق استوایی، خون وریدی مردم همان سرخی مایل به قرمز است.

"چرا این اتفاق می افتد؟ - مایر فکر می کند. - شاید واقعیت این باشد که دمای هوا در اینجا تقریباً برابر با دمای بدن انسان است ... بدن نیازی به صرف نیرو (در آن زمان) ندارد. انرژی قدرت نیز نامیده می شود!) برای حفظ دمای بدن، بنابراین اکسیژن در خون باقی می ماند - در نهایت، این احتراق اکسیژن است که قدرت می بخشد. اما این به معنای آن قدرت است ذخیره : فقط از یک گونه به گونه دیگر تغییر می کند، اما هرگز ناپدید نمی شود یا از هیچ ظاهر نمی شود.

مایر با توسعه ایده خود، تمام تبدیل های انرژی شناخته شده را مورد مطالعه قرار داد - جنبشی به پتانسیل و بالعکس، انرژی مکانیکی به انرژی داخلی و انرژی داخلی به مکانیکی، و انرژی های الکتریکی و شیمیایی را بررسی کرد.

مستقل از مایر، اما چند سال بعد، قانون بقای انرژی توسط فیزیکدان انگلیسی جیمز ژول و طبیعت شناس آلمانی هرمان هلمهولتز کشف شد.

همه این دانشمندان زمانی که کشف بزرگ خود را انجام دادند بسیار جوان بودند: مایر 28 ساله، ژول 25 ساله و هلمهولتز 26 ساله بود.

مدت ها قبل از اکتشافات مایر، ژول و هلمهولتز، دانشمند برجسته روسی میخائیل واسیلیویچ لومونوسوف به کشف قانون بقای انرژی بسیار نزدیک شد.

اما، متأسفانه، آثار لومونوسوف برای مدت طولانی برای دانشمندان اروپایی ناشناخته ماند.

ایده تبدیل انرژی مکانیکی و درونی، همچنین قبل از اکتشافات مایر، ژول و هلمهولتز توسط فیزیکدان و مهندس تامپسون، که به عنوان کنت رامفورد شناخته شد، بیان شد.

معنای اساسی قانون بقای انرژی

قانون بقای انرژی "یک قانون اساسی طبیعت است که به طور تجربی ثابت شده است، که انرژی یک سیستم فیزیکی منزوی (بسته) در طول زمان حفظ می شود." به عبارت دیگر، انرژی نمی تواند از هیچ به وجود بیاید و نمی تواند در هیچ ناپدید شود، فقط می تواند از شکلی به شکل دیگر حرکت کند.

از منظر بنیادی، طبق قضیه نوتر، قانون بقای انرژی نتیجه همگنی زمان است و از این نظر جهانی است، یعنی در سیستم هایی با ماهیت های فیزیکی بسیار متفاوت ذاتی است. به عبارت دیگر، برای هر سیستم بسته خاص، صرف نظر از ماهیت آن، می توان مقدار معینی به نام انرژی را تعیین کرد که در طول زمان حفظ می شود. علاوه بر این، تحقق این قانون حفاظت در هر سیستم خاص با تبعیت این سیستم از قوانین دینامیک خاص خود، که عموماً برای سیستم های مختلف متفاوت است، توجیه می شود.

از آنجایی که قانون بقای انرژی در مورد کمیت ها و پدیده های خاص صدق نمی کند، بلکه الگوی کلی را منعکس می کند که در همه جا و همیشه قابل اجرا است، بهتر است آن را نه قانون، بلکه اصل بقای انرژی نامید.

از نقطه نظر ریاضی، قانون بقای انرژی معادل این بیانیه است که سیستم معادلات دیفرانسیل که دینامیک یک سیستم فیزیکی معین را توصیف می کند دارای اولین انتگرال حرکت است که با تقارن معادلات نسبت به زمان مرتبط است. تغییر مکان.

طبق قضیه نوتر، هر قانون بقای با تقارن خاصی از معادلات توصیف کننده سیستم همراه است. به طور خاص، قانون بقای انرژی معادل همگنی زمان است، یعنی استقلال همه قوانین توصیف کننده سیستم از لحظه زمانی که سیستم در نظر گرفته می شود.

نتیجه گیری این گفته را می توان مثلاً بر اساس فرمالیسم لاگرانژی انجام داد. اگر زمان همگن باشد، تابع لاگرانژ که سیستم را توصیف می کند به طور واضح به زمان بستگی ندارد، بنابراین مشتق کل آن نسبت به زمان به شکل زیر است:

در اینجا تابع لاگرانژ است، مختصات تعمیم یافته و مشتقات اول و دوم آنها با توجه به زمان، به ترتیب. با استفاده از معادلات لاگرانژ، مشتقات را با عبارت جایگزین می کنیم:

اجازه دهید آخرین عبارت را در فرم بازنویسی کنیم

مقدار داخل پرانتز طبق تعریف، انرژی سیستم نامیده می شود و از آنجایی که مشتق کل آن نسبت به زمان برابر با صفر است، یک انتگرال حرکت است (یعنی حفظ شده است).

تاریخچه کشف قانون بقا و تبدیل انرژی

در سال 1841، دانشمند روسی لنز و ژول انگلیسی، تقریباً همزمان و مستقل از یکدیگر، به طور تجربی ثابت کردند که می توان گرما را از طریق کار مکانیکی ایجاد کرد. ژول معادل مکانیکی گرما را تعریف کرد. این مطالعات و سایر مطالعات، کشف قانون بقا و تبدیل انرژی را آماده کردند. در 1842-1845 دانشمند آلمانی R. Mayer این قانون را بر اساس تعمیم داده های علوم طبیعی در مورد حرکت مکانیکی، الکتریسیته، مغناطیس، شیمی و حتی فیزیولوژی انسان فرموله کرد. در همان زمان، ایده های مشابهی در انگلستان (گروو) و دانمارک (کولدینگ) بیان شد. کمی بعد، این قانون توسط هلمهولتز (آلمان) تدوین شد.

دیدگاه ها در مورد گرما به عنوان شکلی از حرکت کوچکترین ذرات "غیر حساس" ماده در قرن هفدهم بیان شد. اف بیکن، دکارت، نیوتن، هوک و بسیاری دیگر به این ایده رسیدند که گرما با حرکت ذرات ماده مرتبط است. اما لومونوسوف این ایده را با تمامیت و قطعیت توسعه داد و از آن دفاع کرد. با این حال، او تنها بود؛ معاصران او به مفهوم کالری روی آوردند، و همانطور که دیدیم، بسیاری از دانشمندان برجسته قرن نوزدهم در این مفهوم مشترک بودند.

به نظر می‌رسید که موفقیت‌های ترموفیزیک تجربی، و بالاتر از همه کالری‌سنجی، به نفع کالری‌سنجی بود. اما همان قرن نوزدهم. شواهد بصری از ارتباط بین گرما و حرکت مکانیکی به ارمغان آورد. البته این واقعیت که گرما از اصطکاک ایجاد می شود از زمان های بسیار قدیم شناخته شده است. طرفداران گرما در این پدیده چیزی شبیه به الکتریکی شدن اجسام در اثر اصطکاک دیدند - اصطکاک به خارج کردن کالری از بدن کمک می کند. با این حال، در سال 1798، بنجامین تامپسون (1753-1814)، که در سال 1790 کنت رامفورد شد، مشاهدات مهمی را در کارگاه های نظامی مونیخ انجام داد: هنگام حفاری یک کانال در لوله توپ، مقدار زیادی گرما آزاد می شود. برای بررسی دقیق این پدیده، رامفورد با حفاری یک کانال در یک سیلندر که از فلز تفنگ ماشینکاری شده بود، آزمایش کرد. یک مته بلانت در کانال حفاری شده قرار داده شد، محکم به دیواره کانال فشار داده شد و در چرخش قرار گرفت. دماسنج وارد شده در سیلندر نشان داد که در عرض 30 دقیقه پس از کار، دما 70 درجه فارنهایت افزایش یافته است. رامفورد آزمایش را با فرو بردن استوانه و مته در ظرف آب تکرار کرد. در حین حفاری، آب گرم شده و پس از 2.5 ساعت به جوش آمد. رامفورد این آزمایش را دلیلی بر این بود که گرما نوعی حرکت است.

دیوی آزمایش های خود را در مورد بدست آوردن گرما از طریق اصطکاک تکرار کرد. او با مالیدن دو قطعه به یکدیگر یخ را آب کرد. دیوی به این نتیجه رسید که فرضیه کالری را باید رها کرد و گرما را به عنوان حرکت نوسانی ذرات ماده در نظر گرفت.

به گفته مایر، همه جنبش‌ها و تغییرات در جهان توسط «تفاوت‌ها» ایجاد می‌شوند که نیروهایی را به وجود می‌آورند که به دنبال نابودی این تفاوت‌ها هستند. اما حرکت متوقف نمی شود، زیرا نیروها تخریب ناپذیر هستند و اختلافات را باز می گرداند. بنابراین، این اصل که بر اساس آن، هنگامی که نیروهای داده شده از نظر کمی تغییر ناپذیر باشند، مانند مواد، منطقاً وجود تفاوت ها و در نتیجه جهان مادی را برای ما تضمین می کند. این فرمول پیشنهادی مایر به راحتی قابل انتقاد است. مفهوم «تفاوت» دقیقاً تعریف نشده است؛ مشخص نیست که منظور از اصطلاح «نیرو» چیست. این پیش‌بینی قانون است و نه خود قانون. اما از ارائه بیشتر مشخص می شود که او به زور علت حرکت را که با ضرب جرم و سرعت اندازه گیری می شود، درک می کند. حرکت، گرما و الکتریسیته پدیده‌هایی هستند که می‌توان آنها را به یک نیرو تقلیل داد که با یکدیگر اندازه‌گیری می‌شوند و طبق قوانین خاصی به یکدیگر تبدیل می‌شوند. این یک فرمول بسیار مشخص و واضح از قانون بقا و تبدیل نیرو است، یعنی. انرژی.

مایر با هدف به کارگیری ایده های مکانیک در فیزیولوژی، با توضیح مفهوم نیرو شروع می کند. و در اینجا دوباره این عقیده را تکرار می کند که حرکت از هیچ برخاسته نمی شود، نیرو علت حرکت است و علت حرکت یک شیء نابود نشدنی است. این صورت‌بندی به طرز شگفت‌انگیزی یادآور فرمول‌بندی «قانون جهانی» لومونوسوف است، که او «به قوانین حرکت» تعمیم داد. توجه داشته باشید که ترویج قانون جهانی حفاظت توسط لومونوسوف و مایر به عنوان "قانون برتر طبیعت" توسط علم مدرن پذیرفته شده است، که قوانین خاص حفاظتی متعددی را به عنوان ستون اصلی تحقیقات علمی فرموله می کند. مایر معادل مکانیکی گرما را با جزئیات از اختلاف ظرفیت گرمایی گاز محاسبه می کند (این محاسبه اغلب در کتاب های درسی فیزیک مدارس تکرار می شود) و آن را بر اساس اندازه گیری های دلاروش و برارد و همچنین دولونگ که نسبت ظرفیت گرمایی هوا 367 کیلوگرم بر متر بر کیلو کالری است.

مایر تا سال 1848 توسعه ایده های خود را تکمیل کرد، زمانی که در بروشور "دینامیک آسمان در یک ارائه عمومی" مطرح کرد و سعی کرد مهمترین مشکل در مورد منبع انرژی خورشیدی را حل کند. مایر دریافت که انرژی شیمیایی برای جبران انرژی عظیم خورشید کافی نیست. اما از دیگر منابع انرژی در زمان او، فقط انرژی مکانیکی شناخته شده بود. و مایر به این نتیجه رسید که گرمای خورشید با بمباران شهاب سنگ هایی که از هر طرف به طور مداوم از فضای اطراف بر روی آن می افتند، دوباره پر می شود. او اعتراف می کند که این کشف به طور تصادفی انجام شده است (مشاهده ای در جاوا)، اما "هنوز دارایی من است و من از دفاع از حق اولویت خود دریغ نمی کنم." مایر همچنین اشاره می کند که قانون بقای انرژی، "و همچنین بیان عددی آن، معادل مکانیکی گرما، تقریباً به طور همزمان در آلمان و انگلیس منتشر شد." او به تحقیقات ژول اشاره می کند و اعتراف می کند که ژول قانون بقای و تبدیل انرژی را "بی قید و شرط مستقل کشف کرد" و "او مدیون دستاوردهای مهم متعددی در اثبات و توسعه بیشتر این قانون است." اما مایر تمایلی به چشم پوشی از حق اولویت خود ندارد و اشاره می کند که از خود آثار او مشخص است که او دنبال اثر نیست. با این حال، این به معنای کنار گذاشتن حقوق مالکیت شما نیست.

مدتها قبل از ژول، تحقیقات توسط آکادمیک سن پترزبورگ E.Kh. لنز، که کار خود را در سال 1843 تحت عنوان "در مورد قوانین تولید گرما توسط جریان گالوانیکی" منتشر کرد. لنز از کار ژول یاد می کند، که انتشار آن قبل از لنز انجام شده است، اما معتقد است که اگرچه نتایج او اساساً با ژول مطابقت دارد، اما آنها از ایرادات مشروعی که توسط کار ژول مطرح شده است، آزاد هستند.

لنز رفتار مقاومت ها را به دقت مطالعه کرد، به ویژه، او وجود به اصطلاح "مقاومت گذار" را در طول انتقال از جامد به مایع بررسی کرد. این مفهوم توسط برخی از فیزیکدانان در دوره ای مطرح شد که قانون اهم هنوز به طور کلی پذیرفته نشده بود. سپس به آزمایش اصلی رفت که نتایج آن را در دو شرط زیر فرموله کرد: گرم کردن سیم توسط جریان گالوانیکی متناسب با مقاومت سیم است. گرمایش سیم توسط جریان گالوانیکی متناسب با مجذور جریان مورد استفاده برای گرمایش است. دقت و کامل بودن آزمایشات لنز، شناخت قانونی را تضمین کرد که با نام قانون ژول-لنز وارد علم شد.

ژول آزمایش های خود را در مورد آزاد شدن گرما توسط جریان الکتریکی نقطه شروعی برای تحقیقات بیشتر در مورد رابطه بین گرما و کار قرار داد. او قبلاً در اولین آزمایشات خود شروع به حدس زدن کرد که گرمای تولید شده در سیمی که قطب های یک باتری گالوانیکی را به هم وصل می کند توسط دگرگونی های شیمیایی در باتری ایجاد می شود ، یعنی او شروع به دیدن معنای پرانرژی قانون کرد. برای روشن شدن بیشتر منشأ "گرمای ژول" (همانطور که اکنون گرمای تولید شده توسط جریان الکتریکی نامیده می شود)، او شروع به مطالعه گرمای آزاد شده توسط یک جریان القایی کرد. ژول در مقاله خود "درباره اثر حرارتی الکتریسیته مغناطیسی و اثر مکانیکی گرما" که در جلسه انجمن بریتانیا در اوت 1843 ارائه شد، به این نتیجه رسید که گرما را می توان با کار مکانیکی با استفاده از مغناطیسی الکتریسیته (القای الکترومغناطیسی) و این گرما ایجاد کرد. متناسب با مجذور جریان القایی نیرو است.

ژول با چرخاندن آهنربای الکتریکی یک ماشین القایی با کمک وزنه در حال سقوط، رابطه بین کار وزنه در حال سقوط و گرمای تولید شده در مدار را تعیین کرد. او به عنوان یک نتیجه متوسط از اندازه گیری های خود دریافت که "مقدار گرمایی که می تواند یک پوند آب را یک درجه فارنهایت بالا ببرد، می تواند به نیروی مکانیکی تبدیل شود که قادر است 838 پوند را تا ارتفاع عمودی یک پا بالا ببرد." با تبدیل واحدهای پوند و پا به کیلوگرم و متر و درجه فارنهایت به درجه سانتیگراد، در می یابیم که معادل مکانیکی گرما، محاسبه شده توسط ژول، برابر با 460 کیلوگرم بر متر بر کیلو کالری است. این نتیجه گیری، ژول را به نتیجه کلی تر دیگری می رساند، که او قول می دهد آن را در آزمایش های بعدی آزمایش کند: «نیروهای قدرتمند طبیعت ... تخریب ناپذیر هستند و ... در همه مواردی که نیروی مکانیکی صرف می شود، مقدار دقیقی معادل گرما حاصل می شود.» او استدلال می کند که گرمای حیوانات در نتیجه دگرگونی های شیمیایی در بدن به وجود می آید و خود دگرگونی های شیمیایی نتیجه عمل نیروهای شیمیایی ناشی از "سقوط اتم ها" است. بنابراین، ژول در کار سال 1843 به همان نتایجی که مایر قبلاً به آن رسیده بود.

هلمهولتز اصل عدم امکان حرکت دائمی را مشابه این اصل می داند که «همه اعمال در طبیعت را می توان به نیروهای جذاب یا دافعه تقلیل داد». هلمهولتز ماده را منفعل و بی حرکت می داند. برای توصیف تغییراتی که در جهان اتفاق می‌افتد، باید دارای نیروهای جذاب و دافعه باشد. هلمهولتز می نویسد: «پدیده های طبیعت باید به حرکات ماده با نیروهای محرکه تغییرناپذیر تقلیل داده شوند که فقط به روابط فضایی بستگی دارند.» کاشفان قانون بقا و تبدیل انرژی مسیرهای مختلفی را برای استقرار آن دنبال کردند. مایر، با شروع مشاهدات پزشکی، بلافاصله آن را به عنوان یک قانون عمیق و جامع در نظر گرفت و زنجیره ای از تحولات انرژی را از فضا به یک موجود زنده آشکار کرد. ژول به طور مداوم و مداوم رابطه کمی بین حرارت و کار مکانیکی را اندازه گیری کرد. هلمهولتز قانون را با تحقیقات مکانیک بزرگ قرن هجدهم مرتبط کرد. آنها در مسیرهای مختلف، همراه با بسیاری دیگر از معاصران، علیرغم مخالفت دانشمندان صنفی، پیگیرانه برای تصویب و به رسمیت شناختن قانون مبارزه کردند. مبارزه آسان نبود و گاه تراژیک می شد، اما با پیروزی کامل به پایان رسید. علم قانون بزرگ بقا و تبدیل انرژی را در اختیار گرفته است.

قانون بقای انرژی یک قانون اساسی طبیعت است که به صورت تجربی ایجاد شده است و بیان می کند که انرژی یک سیستم فیزیکی ایزوله (بسته) در طول زمان حفظ می شود. به عبارت دیگر، انرژی نمی تواند از هیچ به وجود بیاید و نمی تواند در هیچ ناپدید شود، فقط می تواند از شکلی به شکل دیگر حرکت کند.

با این حال، در شاخه های مختلف فیزیک، به دلایل تاریخی، قانون بقای انرژی به گونه ای متفاوت تدوین می شود و بنابراین از بقای انواع انرژی صحبت می کند. به عنوان مثال، در ترمودینامیک، قانون بقای انرژی به عنوان قانون اول ترمودینامیک بیان می شود. از آنجایی که قانون بقای انرژی در مورد کمیت ها و پدیده های خاص صدق نمی کند، بلکه الگوی کلی را منعکس می کند که در همه جا و همیشه قابل اجرا است، بهتر است آن را نه قانون، بلکه اصل بقای انرژی نامید.

دانشمند روسی لنز و ژول انگلیسی تقریباً به طور همزمان و مستقل از یکدیگر به طور تجربی ثابت کردند که می توان گرما را از طریق کار مکانیکی ایجاد کرد. ژول معادل مکانیکی گرما را تعریف کرد. این مطالعات و سایر مطالعات، کشف قانون بقا و تبدیل انرژی را آماده کردند. در 1842-1845 دانشمند آلمانی R. Mayer این قانون را بر اساس تعمیم داده های علوم طبیعی در مورد حرکت مکانیکی، الکتریسیته، مغناطیس، شیمی و حتی فیزیولوژی انسان فرموله کرد. در همان زمان، ایده های مشابهی در انگلستان (گروو) و دانمارک (کولدینگ) بیان شد. مدتی بعد این قانون توسط هلمهولتز (آلمان) تدوین شد.کاشفان قانون بقا و تبدیل انرژی مسیرهای مختلفی را برای استقرار آن دنبال کردند.

مرتبط با این فایل 42986 فایل ها). از جمله: و 42976 فایل دیگر.
نمایش همه فایل های پیوند شده
چرا رژیم ها جواب نمیده؟؟؟
اول از همه، بیایید بفهمیم انرژی از کجا می آید (یعنی کالری هایی که می خوریم) و از کجا ناپدید می شود. قانون بقای انرژی - "انرژی از هیچ جا نمی آید و هیچ جا ناپدید نمی شود، بلکه فقط از شکلی به شکل دیگر منتقل می شود." از این نتیجه می شود که ما کالری می خوریم و همچنین کالری مصرف می کنیم (مهم نیست: سیب، آناناس، یا گوشت، ساندویچ و غیره)

تعادل کالری، یعنی مقدار انرژی مصرف شده باید با انرژی مصرف شده متعادل شود. هر چیزی که خرج نمی شود مطمئناً به عنوان چربی ذخیره می شود.! اگر می خواهیم به یک اثر کاهش وزن دست یابیم، پس به تعادل منفی (اما نه بیش از حد) نیاز داریم. به نظر می رسد که همه چیز ساده است - فقط باید جریان کالری را محدود کنید و تمام. اما به این سادگی نیست. بیایید بفهمیم که روزانه چه انرژی صرف می شود:

1. گردش تولید- این ضریب انرژی مصرف شده توسط بدن برای نیازهای اضافی است که به فعالیت بدنی فرد بستگی دارد.

هرکسی که فعالیت بدنی سنگین انجام می دهد، گردش مالی بالایی دارد. و کسی که تمام روز سر کار می نشیند بر این اساس کوتاه است. اما این عامل اصلی در کاهش چربی بدن نیست، بلکه تنها یک عامل کمک کننده است.

2. متابولیسم پایه- این مقدار انرژی است که بدن برای حفظ بدن در حالت استراحت در دمای متوسط نیاز دارد. اینها تنفس، ضربان قلب، هضم غذا، حفظ دمای بدن و همچنین عضلات هستند. مهمترین عامل عضله است. بافت عضلانی متابولیسم خوبی را تقویت می کند و از رسوب چربی جلوگیری می کند. ماهیچه های ما حدود 40 درصد از کل انرژی خود را در حالت استراحت صرف می کنند! فردی که ماهیچه های خوبی دارد نسبت به کسی که کالری بسیار کمتری دارد، کالری بیشتری مصرف می کند. نفر اول یک «ماشین چربی سوزی» 24 ساعته در بدن خود دارد و بر این اساس، شانس بیشتری برای جلوگیری از رسوب چربی نسبت به نفر دوم دارد. از همین رو تمرینات عضله سازی بسیار مهم هستنداز آنجایی که ماهیچه ها نقش زیادی در فرآیند متابولیک دارند.

در طول رژیم های غذایی چه اتفاقی برای بدن می افتد؟کمبود کالری (تراز خیلی منفی). که بدن به آن واکنش منفی نشان می دهد و سعی می کند "ذخایر" خود را حفظ کند. برای این منظور، او شروع به خلاص شدن از شر "دزد" اصلی کالری - ماهیچه ها می کند. و در نتیجه معلوم می شود که متابولیسم پایه کاهش می یابد و بدن در حالت استراحت انرژی بسیار کمتری نسبت به قبل از رژیم مصرف می کند. و متابولیسم کندتر به این معنی است که برای ادامه چربی سوزی، باید کالری دریافتی خود را حتی بیشتر کاهش دهید. معلومه یه دور باطل... آدم موقع رژیم گرفتن مجبور میشه تا آخر عمر روند چربی سازی رو کنترل کنه! بعلاوه توده عضلانی قوی با توده چربی شل جایگزین می شودو از آنجایی که چربی کمتر از عضله است، بدن حتی حجیم تر به نظر می رسد. خوب، چه کسی به چنین رژیم غذایی نیاز دارد؟

نتیجه:ایجاد کسری کالری زیاد و رساندن بدن به وضعیت فاجعه آمیز به نفع ما نیست. برای حفظ متابولیسم خوب، به سادگی باید تمرینات قدرتی انجام دهید و پروتئین کافی مصرف کنید(به میزان 2 گرم به ازای هر کیلوگرم وزن در روز) برای جلوگیری از کاهش توده عضلانیو همچنین از بیماری های مختلف مرتبط با آتروفی اجتناب کنید.

تیم Iron Systemtm
به فهرست فایل بروید

تاریخچه کشف قانون بقای و تبدیل انرژی

در ارتباط با کشف یک پدیده فیزیکی اساسی - القای الکترومغناطیسی، که بر اساس آن بسیاری از شاخه های مهندسی برق مدرن توسعه یافته است، مناسب است در اینجا تاریخچه یک کشف دیگر، حتی مهم تر - قانون بقا و تبدیل را در نظر بگیریم. از انرژی

دانشمندان و پزشکان همه زمان ها به مطالعات در مورد فرآیندهای انرژی مختلف روی آورده اند و سعی در تعمیم هایی داشته اند که حاوی عناصری از فرمول بندی قانون بقا و تبدیل انرژی است. اگر به تاریخ کشف قانون بپردازیم، اصطلاح "انرژی" تنها در آخرین مرحله از تاریخ قانون بزرگ ظاهر شد. علاوه بر این، لازم است در نظر بگیریم که دستاوردهای اصلی فیزیک، شیمی و زیست شناسی، که امکان تعمیم واقعی را فراهم می کند، تنها از آغاز قرن نوزدهم شناخته شد.

حتی متفکران باستانی (دموکریتوس، اپیکور) ابدیت و فنا ناپذیری ماده و حرکت را تأیید کردند. فعالیت عملی روزمره مستلزم دانش قوانین حرکت بود، در درجه اول تنها شناخته شده - مکانیکی. و بنابراین، تصادفی نیست که قانون بقای انرژی در چارچوب مکانیک شروع به متبلور شدن کرد. در سال 1633، در رساله نور، ایده حفظ حرکت توسط دانشمند مشهور فرانسوی رنه دکارت (1596-1650) فرموله شد: "هنگامی که یک جسم با جسم دیگر برخورد می کند، تنها می تواند به همان اندازه حرکت را به آن منتقل کند. همان‌طور که همزمان ضرر می‌کند، و تنها به اندازه‌ای که حرکت خود را افزایش می‌دهد، از آن می‌گیریم». این ایده توسط دانشمند آلمانی گوتفرید ویلهلم لایبنیتس (1646-1716) در قانون بقای نیروهای زنده توسعه یافت.

پس از آثار کلاسیک آیزاک نیوتن (1643-1727) و گوتفرید لایب نیتس، اصل بقای حرکت فرمول روشنی در آثار M.V. لومونوسوف، که تصمیم گرفت دو اصل حفاظت را ترکیب کند: حرکت و ماده. M.V بود. لومونوسوف مسئول کشف قانون بقای ماده بود که سپس توسط دانشمند فرانسوی آنتوان لوران لاووازیه (1743-1794) به طور کاملاً مستقل تکرار شد. در سال 1744 M.V. لومونوسوف کلماتی را که مشهور شد نوشت: «تمام تغییراتی که در طبیعت اتفاق می‌افتد به گونه‌ای است که به اندازه‌ای از چیزی که از یک بدن برداشته می‌شود، به همان اندازه به بدن دیگری اضافه می‌شود، بنابراین اگر یک ماده کوچک در جایی گم شود، در جای دیگری تکثیر خواهد شد... این قانون طبیعی جهانی به همان حرکت حاکم می‌رسد، زیرا جسمی که با نیروی خود دیگری را به حرکت در می‌آورد، به همان اندازه که به دیگری می‌بخشد که از آن حرکت می‌کند، از خود آن را از دست می‌دهد.»

بنابراین در اواسط قرن 18 M.V. لومونوسوف به وضوح قانون بقای جرم و حرکت را به عنوان یک قانون جهانی طبیعت فرموله کرد. علاوه بر این، بخش اول بیان او ("همه تغییرات در طبیعت که اتفاق می افتد ...") به قدری گسترده فرموله شده است که اگر این کلمات 100 سال بعد نوشته می شد، زمانی که "تغییرات در طبیعت" دیگر شناخته شد - دگرگونی های متقابل متعدد انرژی (الکتريکي، حرارتي، شيميايي، مکانيکي)، سپس فرمولهاي ديگر قانون بقا و تبديل انرژي و بقاي ماده غيرضروري خواهد بود. اما، متأسفانه، دوران هنوز یکسان نبود و آثار علمی M.V. لومونوسوف تقریباً 150 سال ناشناخته ماند.

برای اینکه بتوانیم تحولات کیفی انرژی را از شکلی به شکل دیگر درک کنیم، باید پیش نیازهای علمی و فنی لازم و کافی وجود داشت. مهمترین این پیش نیازها توسعه دکترین گرما و عمل مهندسی گرما بود. معلوم است که آتش چه نقشی در تکامل انسان در طلوع تاریخ او داشته است. انسان در فرآیند کار یاد گرفت که با اصطکاک آتش بسازد. در تولید آتش توسط اصطکاک، تبدیل کیفی انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی از قبل مشهود بود.

برقراری روابط بین انرژی مکانیکی و حرارتی به طور عینی برای مدت طولانی توسط نظریه کالری متوقف شد. اعتقاد بر این بود که وقتی یک ماده فشرده می شود، کالری از آن خارج می شود، به عنوان مثال، هنگامی که یک گاز فشرده می شود، مانند آب پرتقال. افکار درخشان M.V. لومونوسوف در مورد حرکت مولکولی به عنوان منبع گرما، در مورد ماهیت جنبشی گرما به معنای گسترده تر، از دید جامعه علمی عمومی خارج شد. مهم‌ترین ضربه به نظریه کالری در عصر ماشین‌های بخار (1798) توسط آزمایش‌های بنجامین تامپسون آمریکایی (1753-1814) وارد شد که در اروپا با عنوان کنت رامفورد شناخته می‌شد. رامفورد هنگام حفاری لوله های تفنگ در مونیخ، انتشار گرما را مشاهده کرد، که با این حال، برای همه شناخته شده بود. با این حال، رامفورد توانست نشان دهد که تقریباً نامحدود گرما می تواند در این مورد آزاد شود. او در آزمایشات خود، اقداماتی را برای جداسازی مته و بشکه انجام داد تا از ورود کالری، این "ماده گرما" از هر جایی از بیرون جلوگیری کند.

اما برای حدود 30 سال پس از آزمایش های رامفورد، تئوری کالری، تصحیح و پالایش شده، همچنان در توضیح علل گرما جایگاه غالب را اشغال می کند. اساساً برای درک واقعیت تبدیل یک نوع حرکت (مثلاً مکانیکی) به نوع دیگر (مثلاً حرارتی) ایده یک معادل، به ویژه معادل مکانیکی گرما، مهم بود.

ماهیت دراماتیک تاریخ کشف قانون بقا و تبدیل انرژی این بود که تقریباً تا لحظه شناخت کامل این قانون، تقریباً هر اکتشاف قبلی که اعتبار آن را تأیید می کرد یا منتشر نشده بود یا توجه لازم به آن صورت نگرفت. یا صرفاً با خصومت علم رسمی مواجه شد.

آثار مرتبط از M.V. لومونوسوف تا سال 1904 فراموش شد و با انتشار در روسیه در یک زمان، آنها به آزمایشگاه های غربی نفوذ نکردند. رامفورد که پایه‌های نظریه کالری را متزلزل کرده بود، نمی‌توانست آن را بدون یافتن شواهدی دال بر معادل بودن تبدیل حرکت مکانیکی به گرما سرنگون کند. مهندس با استعداد بیست و هشت ساله فرانسوی سادی کارنو (1796-1832) در سال 1824 اثر قابل توجهی با عنوان "تأملاتی در مورد نیروی محرکه آتش و ماشین هایی که قادر به توسعه این نیرو هستند" منتشر کرد که در آن آنچه را که بعداً به وجود آمد بیان کرد. قانون دوم ترمودینامیک یا «اصل کارنو» نامیده می شود. اما مطالعات بعدی که در آن اس. کارنو نظریه کالری را رها کرد و برای اولین بار معادل مکانیکی گرما را تعیین کرد، به موقع منتشر نشد و دست نوشته های او تنها در سال 1878 شناخته شدند.

اس. کارنو در پیوست تنها کتاب خود نوشت: «گرما چیزی نیست جز یک نیروی محرکه، یا بهتر است بگوییم حرکتی که شکل خود را تغییر داده است. این حرکت ذرات اجسام است. هر جا که نیروی محرکه از بین برود، گرما به طور همزمان به مقدار دقیقاً متناسب با مقدار نیروی محرکه ناپدید شده ایجاد می شود. برعکس، هرگاه گرما از بین برود، نیروی محرکه ای پدید می آید.» با توجه به اندازه گیری های S. Carnot، معادل مکانیکی گرما 370 کیلوگرم در متر بود (به یاد بیاورید که این مقدار 427 کیلوگرم در متر یا 4186 ژول است).

مطالعات نظری S. Carnot به یک سوال خاص مطرح شده توسط صنعت در حال توسعه پاسخ داد، که چگونه یک موتور حرارتی را اقتصادی تر کرد. اس. کارنو بر این باور بود که حرکت دائمی غیرممکن است. اما حتی معاصران او نیز توجهی را که شایسته این آثار بود نکردند.

تحقیق در مورد اثرات شیمیایی، حرارتی و مکانیکی جریان الکتریکی، کشف پدیده القای الکترومغناطیسی در 40 سال اول قرن 19. به عنوان دومین پیش نیاز مهم برای کشف قانون بقا و تبدیل انرژی عمل کرد.

در سال 1836، M. Faraday دو قانون الکترولیز را تدوین کرد که با آنها ارتباط بین مقدار الکتریسیته و خواص شیمیایی یک ماده برقرار کرد.

فیزیکدان بزرگ انگلیسی به طور قطع بر نیاز به ایجاد معادل‌هایی بین انواع مختلف انرژی، یا به تعبیر آن زمان، بین نیروهای مختلف تأکید کرد. او نوشت: «ما فرآیندهای زیادی داریم که در آن شکل خارجی نیروی می‌تواند دستخوش چنان تغییراتی شود که تبدیل آشکار آن به دیگری باشد. بنابراین، می توانیم نیروی شیمیایی را به جریان الکتریکی و جریان الکتریکی را به نیروی شیمیایی تبدیل کنیم. آزمایش های عالی T. Seebeck و J. Pelte ارتباط متقابل گرما و الکتریسیته را نشان می دهد و G. Oersted و آزمایش من تبدیل پذیری الکتریسیته و مغناطیس را نشان می دهند. اما در هیچ موردی، حتی در مورد مارماهی برقی و مارماهی، نیرو تولید نمی‌شود بدون اینکه هزینه‌ای برای چیزی که آن را تغذیه می‌کند، انجام دهد.» M. Faraday در دفتر خاطرات خود در سال 1837 نوشت: "باید تعداد نیروهای مادی (یعنی نیروهای الکتریسیته، گرانش، میل ترکیبی شیمیایی، انسجام و غیره) را با هم مقایسه کرد، جایی که می توان برای آنها بیان کرد. معادل ها در این یا شکل دیگر."

افسانه در مورد "نیروی حیات" ویژه در بدن انسان و حیوانات از بین رفت. ارتباط مستقیمی بین میزان غذای مصرفی و توانایی انجام کار برقرار شد.

دهه 40 قرن نوزدهم زمان تعمیم های گسترده بود. تاریخ نقش تعیین کننده ای در ایجاد قانون بقای و تبدیل انرژی به دانشمندان آلمانی رابرت مایر (1814-1878) و هرمان هلمهولتز و همچنین فیزیکدان انگلیسی جیمز ژول (1818-1889) اختصاص می دهد.

R. Mayer پزشک کشتی در یک کشتی هلندی بود که در سال 1840، ایده قانون بقای و تبدیل انرژی "به طور ناگهانی" به ذهن او خطور کرد. کلمه "ناگهان" به دلیلی در گیومه قرار داده شده است: R. Mayer بعداً در مورد بینش ناگهانی نوشت، اما آیا کشفی ناگهانی است که مقدمات آن برای یک فارغ التحصیل از دانشگاه توبینگن به خوبی شناخته شده است؟ انگیزه اولیه برای R. Mayer ناگهانی بود: او توجه را به چیزی جلب کرد که برای پزشکانی که دائماً در عرض های جغرافیایی گرمسیری کار می کردند به خوبی شناخته شده بود. در حالی که کشتی در جاوه اقامت داشت، ملوانی بیمار شد و R. Mayer، طبق معمول آن زمان، با باز کردن رگ "او را خون کرد". تعجب او را تصور کنید وقتی دید که خون وریدی به اندازه عرض های جغرافیایی معتدل تیره نیست. R. Mayer متوجه شد که در دمای متوسط هوا، برای حفظ عملکردهای حیاتی و دمای لازم بدن، مواد مغذی کمتر و "سوزاندن" کمتری مورد نیاز است. مقایسه حقایق علمی متعدد از حوزه شیمی، فیزیک و زیست شناسی او را به این نتیجه رساند که افکار، طبق بیان آر. طبیعت

در سال 1841، R. Mayer مقاله ای با عنوان "در مورد تعیین کمی و کیفی نیروها" نوشت، اما سردبیر یک مجله فیزیکی معروف در اروپا انتشار آن را ضروری ندانست. نسخه خطی مقاله در آرشیو سرمقاله کشف شد و تنها در سال 1881 منتشر شد. 40 سال بعد مقاله بعدی، "یادداشت هایی در مورد نیروهای طبیعت بی جان" در سال 1842 منتشر شد. در این اثر، R. Mayer توجه زیادی به دگرگونی های متقابل کار مکانیکی و گرما دارد، بدون اطلاع از تحقیقات مربوطه S. کارنو، معادل مکانیکی گرما را تعیین می کند (به گفته وی، برابر با 365 کیلوگرم بر متر بر کیلو کالری است)، از "تخریب ناپذیری" نیروها صحبت می کند و اصل خود را فرموله می کند. در اینجا، برای اولین بار در تاریخ علم، R. Mayer بدون اینکه هنوز این کلمه را به زبان آورده باشد، معنای «انرژی» را در مفهوم «نیرو» قرار می دهد (اما این کلمه قبلاً تلفظ می شد؛ فیزیکدان انگلیسی با این کلمه. توماس یانگ (1773-1829) کمیتی متناسب با جرم و مربع سرعت یک جسم متحرک تعیین کرد.

عقاید آر. مایر چنان ماهیت کلی و جهانی داشت که در ابتدا مورد قبول معاصرانش قرار نگرفت. زندگی او به مبارزه ای مستمر برای استقرار اصل خود تبدیل شد.

اندازه گیری های کلاسیک معادل مکانیکی گرما در سال های 1841-1843 انجام شد. (انتشار 1843) D. Joule. به گفته وی، این معادل 460 کیلوگرم بر متر بر کیلو کالری بوده است. D. Joule همچنین مستقل از E. Lenz، ارتباط بین جریان الکتریکی و گرمای تولید شده را برقرار کرد (قانون ژول-لنز). جالب است بدانید که انجمن بریتانیا (به نام آکادمی علوم بریتانیا) از انتشار کامل کار دی. ژول امتناع ورزید و از او توضیحات تجربی بیشتری خواست.

سرانجام، در سال 1847، G. Helmholtz، در کار خود "درباره بقای نیرو"، قانون بقا را به کلی ترین شکل آن ارائه داد و نشان داد که مجموع انرژی پتانسیل و جنبشی ثابت می ماند. G. Helmholtz عبارت نیروی الکتروموتور القایی را بر اساس قانون بقای انرژی به دست آورد. در آنجا برای اولین بار یک تفسیر ریاضی از قانون ارائه شد. تکمیل سفر طولانی که علم برای تدوین دقیق قانون بقای انرژی طی کرده است را می توان گزارش W. Thomson "درباره نظریه دینامیکی گرما" (1851) در نظر گرفت.

در سال 1860، دبلیو. تامسون اصطلاح «انرژی» را به معنای امروزی آن وارد علم کرد. فیزیکدان معروف اسکاتلندی ویلیام جان مک‌کوارن رانکین (رانکین) (1820-1872)، یکی از پدیدآورندگان ترمودینامیک فنی، در سال 1853 به همین تعبیر از اصطلاح «انرژی» رسید.

مناسب است که ارائه تاریخچه کشف قانون را با سخنان فیزیکدان برجسته انگلیسی و شخصیت عمومی جان دیموند برنال (1901-1971) که 100 سال بعد نوشته شده است، پایان دهیم: "قانون بقای انرژی ... بزرگترین کشف فیزیکی اواسط قرن 19 بود. او بسیاری از علوم را در هم آمیخت و با روندهای زمانه هماهنگی استثنایی داشت. انرژی تبدیل به واحد پول جهانی فیزیک شده است - استاندارد طلایی تغییراتی که در جهان رخ می دهد ... تمام فعالیت های انسان به عنوان یک کل - صنعت، حمل و نقل، روشنایی و در نهایت، غذا و زندگی - از نقطه نظر وابستگی به این یک اصطلاح کلی - انرژی در نظر گرفته شد.

قبلی78910111213141516171819202122بعدی

بیشتر ببین:

قانون بقای انرژی مکانیکی

انرژی مکانیکی یک سیستم مکانیکی محافظه کار در طول زمان حفظ می شود.

به بیان ساده، در غیاب نیروهای اتلاف کننده (مثلاً نیروهای اصطکاک)، انرژی مکانیکی از هیچ به وجود نمی آید و نمی تواند در هیچ کجا ناپدید شود.

برای مثال، برای یک سیستم بسته از اجسام فیزیکی، برابری درست است
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2,
جایی که Ek1، Ep1- انرژی جنبشی و پتانسیل سیستم هر تعامل، Ek2، Ep2- انرژی های مربوطه بعد از.

قانون بقای انرژی- این قانون یکپارچه. این بدان معنی است که از عمل قوانین دیفرانسیل تشکیل شده است و خاصیت عمل ترکیبی آنهاست.

تدوین قانون بقای انرژی مکانیکی.

کل انرژی مکانیکی، یعنی مجموع پتانسیل و انرژی جنبشی یک جسم ثابت می ماند اگر فقط نیروهای کشش و گرانش عمل کنند و نیروهای اصطکاکی وجود نداشته باشند.

نکات دیگر در مورد فیزیک

مهمترین دستاورد علم طبیعی دوره فارادی، ایجاد قانون بقای انرژی است. اهمیت این قانون بسیار فراتر از محدوده یک قانون فیزیکی خصوصی است. این قانون همراه با قانون بقای توده ها، سنگ بنای جهان بینی ماتریالیستی علمی را تشکیل می دهد که بیانگر حقیقت ناپذیری ماده و حرکت است. در واقع، پیش نیازهای فلسفی چنین بیانی از قبل مشهود بود. آنها در فیلسوفان باستان، به ویژه اتم شناسان، و در دکارت، و به ویژه به طور مشخص و واضح در لومونوسوف حضور داشتند. فلسفه آلمانی هگل ایده تغییرپذیری و به هم پیوستگی پدیده ها را معرفی کرد. اما او دیدگاهی تحریف شده نسبت به جهان داشت و به قانون جدید بدی کرد. جهت گیری ستیزه جویانه ایده آلیستی فلسفه آلمان علیه ماتریالیسم فرانسوی، که تاکنون به عنوان مبنای نظری علوم طبیعی عمل می کرد، برای مدت طولانی دانشمندان علوم طبیعی را از داشتن ذوق فلسفه به طور کلی منصرف می کرد.

و طعم فلسفی اولین آثار مایر، هلمهولتز و کولدینگ، فیزیکدانان شاغل را از تشخیص ماهیت ایده های جدید باز داشت. بازکاری درخشان دیالکتیک هگلی به منظور استخراج «دانه عقلانی» از آن توسط مارکس و انگلس به منظور ایجاد یک روش شناسی واقعاً علمی - روش ماتریالیسم دیالکتیکی، همانطور که قبلاً در بالا بحث کردیم، لازم بود. اما در این دوران، تعمیم جدید و بزرگ علوم طبیعی باید راه خود را باز می کرد و بر سنت های تثبیت شده تفکر مکانیکی و مخالفت واکنش ایده آلیستی غلبه می کرد. و اگر اصل جدید پیروز شد، البته قبل از هر چیز به این دلیل اتفاق افتاد که درست بود، بلکه به این دلیل که پیش نیازهای مادی برای اثبات حقیقت رسیده بود.

این پیش نیازهای مادی چه بود؟ چرا آنها نتوانستند در قرن 18 پیروز شوند؟ ایده های درخشان لومونوسوف در مورد گرما به عنوان شکلی از حرکت؟ چرا علیرغم وجود موتورهای بخار، آزمایش‌های رامفورد، دیوی و پتروف، نظریه سیال قدیمی گرما همچنان وجود داشت؟ چرا، با وجود این واقعیت که حقیقت در مورد غیرممکن بودن موبایل دائمی تقریباً در همه جا پذیرفته شده است (نگاه کنید به L. Carnot, S. Carnot, Clapeyron)، نتیجه‌گیری تعمیم‌دهنده مناسبی انجام نشده است؟ و تنها در دهه چهل آموزه حفظ و تبدیل انرژی شروع به شکل گیری کرد.

دلیل آن این بود که دوره تولید در اروپا به پایان رسیده بود و دوره سرمایه داری صنعتی با خرید و فروش نیروی کار «آزاد» با پایه فنی جدید خود آغاز شده بود.

تصادفی نیست که دوره استقرار قانون بقای انرژی با دوره ایجاد اقتصاد سیاسی مارکسیستی مصادف شد که نقاب راز عرفانی ارزش، دستمزد «عادلانه» و سود «عادی» را از تن جدا کرد. کاری که مارکس در زمینه روابط اجتماعی انجام داد، توسط نویسندگان قانون بقای انرژی در حوزه علوم طبیعی انجام شد. اما مارکس ماهیت اجتماعی کار انسانی، کارکرد اجتماعی آن را روشن کرد. کار به عنوان یک مقوله علمی طبیعی موضوع توجه تکنسین ها، فیزیولوژیست ها و فیزیکدانان شد. اختلاط این دو چیز اغلب باعث سردرگمی می شود.

انگلس در مقاله معروف خود «میزان حرکت. - Work» به درستی اشاره می کند که در زبان انگلیسی برای کار دو اصطلاح وجود دارد: «labor» (labor) و «work» (کار) که اولی مربوط به حوزه اقتصاد سیاسی و دومی مربوط به علوم طبیعی است. در زبان روسی نیز می توانید به طور دقیق بین استفاده از کلمات "کار" و "کار" تمایز قائل شوید. به هر حال، اصل ماجرا این است که روابط جدید تولید، مسئله مقایسه و قیمت تمام شده آثار مختلف، معادل آنها را مطرح کرده است. این حقیقت حتی برای مورخان و علم بورژوا مانند تتا روشن است. اما دوباره، با آمیختن کارکرد اجتماعی کار با کار فیزیکی، او ماهیت غارتگرانه و غارتگرانه تصاحب سرمایه‌داری را پنهان کرد و از نوعی معیار و ارزش «طبیعی» کار صحبت کرد. در این راستا، تکنسین‌ها و فیزیولوژیست‌هایی که درگیر آزمایش‌هایی برای مقایسه قدرت موتورهای زنده و مکانیکی بودند، نظم اجتماعی خاصی را برآورده کردند (تصویر جالبی از این "نظم اجتماعی" می‌تواند سخنان هلمهولتز در مورد جستجوی perpetuum mobile در قرن 18 باشد. اتوماسیون) و سخنان آراگو در مورد نقش ماشین های بخار. هلمهولتز با صحبت در مورد اتوماتای معروف قرن 18 (به فصل X مراجعه کنید)، اشاره می کند:
غیرقابل درک است که مردم، با اختراعاتی که کمتر از برجسته‌ترین ذهن‌های قرن ما نیست، این همه زمان و کار اختصاص دهند، ورطه هوش و ذکاوت را در دستگاه‌های این ماشین‌ها قرار دهند - برای ما چیزی بیش از اسباب‌بازی‌های کودکان، اگر آنها به امکان موفقیت واقعی اعتقاد نداشت.» «... و اگر برخی از مکانیک‌ها امیدی به دمیدن روح‌های دارای کمالات اخلاقی در مخلوقات خود نداشتند، احتمالاً بسیاری از کمالات اخلاقی بندگان خود را رها می‌کردند تا آنها را از کاستی‌های خود محروم کنند و به آنها منتقل کنند. آنها قابلیت سرویس دهی مکانیزم را برای جایگزینی شکنندگی استقامت بدنه فولاد و مس دارند." و در اینجا سخنان آراگو در مورد نقش ماشین وات است:
وات، آقایان، از شش تا هشت میلیون کارگر، خستگی ناپذیر، کوشا آفریدند که در میان آنها هیچ اعتصاب و شورش وجود ندارد و هر کدام فقط روزی 5 سانتیم هزینه دارند.
بنابراین، حتی در "سپیده دم زیبا" ظهور خود، سرمایه داری رویای به دست آوردن نیرویی را در سر داشت که به طور کلی منبع اضطراب آن - طبقه کارگر - را نابود کند. در عصر امپریالیسم، این گرایش‌ها حادتر و پنهان‌تر می‌شوند.
برای مثال، مشخصه، واکنش به انتشار «مغز الکترونیکی» است، یعنی ماشین‌های شمارش الکترونیکی، که ظاهراً قرار است جایگزین کار ذهنی شوند، همانطور که ماشین‌های معمولی «جایگزین» کار فیزیکی شدند. به نظر می رسد ایجاد کارخانه های خودکار که با فشار دادن یک دکمه کنترل می شوند، منجر به تحقق "رویای مهم" سرمایه داران می شود. اما تجربه تاریخ می آموزد که توسعه فناوری توده های بزرگتری از مردم را به حوزه تولید اجتماعی می کشاند.) اما، البته، پیشرفت فنی، در درجه اول ظهور و توسعه موتورهای بخار، چنین آزمایشاتی را تحریک کرد. وات آزمایشی را در مقایسه عملکرد اسب ها و ماشین خود انجام داد. این بهره وری با مقدار آبی که در یک زمان معین از عمق معینی پمپاژ می شود، ارزیابی می شود، یعنی مقداری که در فناوری قدرت نامیده می شود. این آزمایشات باعث ایجاد یک واحد قدرت - "اسب بخار" شد که همراه با کیلوگرم که به دو معنا استفاده می شود، هنوز هم مانعی برای درک دانش آموزان است. بنابراین «معیار حرکت کار است» با ضرورت آهنین علم و فناوری طبیعی را مورد هجوم قرار داد.

می دانیم که قبلاً گالیله اغلب در اصطلاح "لحظه" یا "محرک" خود معنای حاصل ضرب نیرو و مسیر را به کار می برد، که لایب نیتس، با پیشنهاد اندازه حرکت خود - "نیروی زنده"، از اصل هم ارزی حرکات ناشی می شود. همان مقدار ph متعاقباً، L. Carno در رساله خود در مورد ماشین‌ها، بین نیروهای زنده و کار مکانیکی ارتباط برقرار می‌کند و پیشنهاد می‌کند که فعالیت یک ماشین را بر اساس حاصلضرب بار برداشته شده و ارتفاع ارزیابی کند. کارنو این اثر را «لحظه فعلی» (moment d’active) نامید. مونگ این اثر را «اثر پویا» (effet dinamique) نامید. اما قبلاً در سال 1807، یونگ در «سخنرانی‌هایی درباره فلسفه طبیعی» نوشت: «تقریباً در تمام مواردی که در مکانیک عملی با آن مواجه می‌شویم، کار مورد نیاز برای بازتولید حرکت متناسب با لحظه نیست، بلکه با انرژی حرکت تولید شده توسط کار کردن.» کلمه انرژی باید حاصل ضرب جرم یا وزن یک جسم را با مجذور عدد بیانگر سرعت نشان دهد.

سرانجام، در سال 1829، در رساله "مقدمه ای بر مکانیک فنی"، پونسلت (1788-1867) سرانجام به توصیه کوریولیس، اصطلاح "کار" را حفظ کرد و اصل بقای انرژی در فرآیندهای مکانیکی را بیان کرد: جبری مضاعف. مجموع کار برابر است با مجموع نیروهای زنده (mv 2)، کار یا نیروی زنده هرگز از هیچ به دست نمی آید و به هیچ تبدیل نمی شود، بلکه فقط تبدیل می شود.

بنابراین، تمرین‌کنندگان اندازه‌گیری صحیح حرکت را یافته‌اند. با این حال، مکانیک نظری هنوز تحت سلطه سردرگمی ناامیدکننده مفاهیم بود که عمدتاً با استفاده از کلمه "نیرو" همراه بود. و هنگامی که اصطلاح «نیرو» با صفت‌های مختلف (نیروی شیمیایی، نیروی الکتریکی، نیروی حیاتی و غیره) در متنوع‌ترین حوزه‌های علوم طبیعی به کار رفت، اوضاع پیچیده‌تر شد و حتی چنین ذهن قدرتمندی تبدیل شد. گرفتار در هزارتوی «نیروهایی» مانند فارادی. در مکانیک نظری، همراه با مفهوم نیوتنی نیرو و تکانه (تکانه)، کمیت‌های «نیروهای زنده» (mv 2)، «عمل» (mvs یا mv2 t) استفاده می‌شدند. در سال 1828، "نظریه سیستم پرتو" معروف همیلتون در مجموعه مقالات آکادمی ایرلندی منتشر شد، که اهمیت آن تنها در دهه بیست قرن ما و در سال های 1834-1835 آشکار شد. در همان "مجموعه مقالات" اثر او "روی روش عمومی دینامیک" ظاهر شد که حاوی اصل قدرتمند همیلتون بود. این مطالعات تشابه قابل توجهی را بین حرکت امواج نور در محیطی با ضریب شکست متغیر و حرکت یک ذره در میدان نیرو ایجاد می‌کند. این قیاس در مطابقت بین اصل فرما در اپتیک هندسی و اصل کمترین عمل ماوپرتویس در مکانیک بیان می شود. آخرین اصل توسط همیلتون اصلاح و تعمیم داده شد. برای توصیف حرکت، همیلتون متغیرها و توابع جدید را معرفی می کند. از این دومی، "تابع نیرو" به ویژه قابل توجه است، که با کمک آن نیروهایی بیان می شوند که فقط به پیکربندی ذرات در حال تعامل بستگی دارند. تابع همیلتون برای مورد نیروهای محافظه کار ساکن چیزی بیش از انرژی کل سیستم را نشان نمی دهد. چیزی که ما اکنون انرژی پتانسیل می نامیم توسط همیلتون به عنوان "مجموع نیروهای کشش" و انرژی جنبشی به عنوان "مجموع نیروهای زنده" تعیین می شود.

ما در اینجا وارد بحث در مورد ماهیت تحقیقات قابل توجه همیلتون نمی شویم؛ تکرار می کنیم که ارزیابی و توسعه بیشتر آنها بعداً انجام شد. در اینجا آنها ما را به عنوان مرحله خاصی در توسعه مفاهیم ریاضی لازم برای فرمول بندی موارد خاص مختلف اصل انرژی مورد توجه قرار می دهند. مفهوم انرژی پتانسیل و مفهوم نزدیک پتانسیل (یا تابع نیروی معکوس) به چنین مفاهیمی تعلق دارند. اما همیلتون در معرفی این کمیت اساسی در فیزیک ریاضی پیشگام نبود. قبلاً در مورد اویلر، لاگرانژ، لاپلاس و پواسون صحبت کرده ایم. در اینجا باید به کار کلاسیک نانوای با استعداد گرین (1841-1793) "تجربه ای در کاربرد تحلیل ریاضی در نظریه الکتریسیته و مغناطیس" که در سال 1828 منتشر شد اشاره کنیم. گرین "تابع بالقوه" را معرفی کرد و روابط ریاضی را برقرار کرد. برای آن (فرمول های گرین، تابع گرین) و آن را برای حل مسائل الکترواستاتیک و مغناطیس استاتیک به کار برد. اگرچه کار همیلتون و گرین در ابتدا توجه کافی را به خود جلب نکرد، اما تابع جدید که «پتانسیل» نامیده می‌شود، در دهه چهل به لطف گاوس که کارش «قضیه‌های کلی در مورد نیروهای جاذبه و دافعه‌ای که به نسبت معکوس عمل می‌کنند» مورد استفاده عمومی قرار گرفت. مربع فاصله» که در سال 1839 در جلد چهارم «نتایج مشاهدات انجمن مغناطیسی» منتشر شده توسط گاوس و وبر منتشر شد.

بنابراین، انتزاعات ریاضی لازم برای فرمول بندی اصل تا دهه چهل توسعه یافتند، همانطور که فرمول بندی آن در مکانیک تکمیل شد (قضیه نیروهای زنده، نیروهای محافظه کار).

با این حال، اجازه دهید به آن پیش نیازهای مادی و اجتماعی که ظهور اصل ما را تحریک کردند بازگردیم. توسعه فن آوری بخار در ثلث اول قرن نوزدهم. راهپیمایی پیروزمندانه بیشتر «بخار اعلیحضرت» را تضمین کرد. بهبود در طراحی موتورهای بخار افزایش کارایی آنها را تضمین کرد و دامنه کاربرد آنها را گسترش داد. معرفی موتور بخار در حمل و نقل اهمیت انقلابی زیادی داشت. ایده استفاده از "قدرت آتش" برای حرکت برای اولین بار در کشتیرانی ظاهر شد. قبلاً به قایق پاپین اشاره کردیم که توسط کشتی داران کاسل شکسته شد. در سال 1736، جو گولز حق اختراع استفاده از موتور نیوکامن را برای رانش یک کشتی (قایق بخار) به ثبت رساند. او با ناامیدی از تحقق اختراع خود، F و h، به طرز غم انگیزی خودکشی کرد. در قایق او، یک موتور بخار پاروها را به حرکت درآورد. فولتون مجبور شد برای متقاعد کردن مردم به سودمندی عملی قایق بخار تلاش زیادی کند. ناپلئون در حال آماده شدن برای عبور از کانال انگلیسی بود که یک مخترع شجاع با پروژه خود به سراغ او آمد. موفقیت بیش از حد مشکوک بود. ناپلئون فولتون را شارلاتان می دانست و او را از دفترش بیرون کرد. فرمانده خشم خود را توضیح داد: "او به من اطمینان داد که می توانی کشتی ها را با آب جوش حرکت دهی."

تنها در آمریکا، در سال 1807، اولین کشتی بخار فولتون، کلرمونت، بر روی رودخانه هادسون حرکت کرد. در اروپا، اولین کشتی بخار در اسکاتلند در امتداد رودخانه حرکت کرد. کلاید در سال 1812. این کشتی بخار توسط یکی از آشنایان فولتون، مکانیک بل ساخته شد. در ابتدا کشتی های بخار فقط در رودخانه ها مورد استفاده قرار می گرفتند، اما سپس در دریا ظاهر شدند. از سال 1838، سرویس کشتی بخار منظم تأسیس شد. اولین کشتی های بخار چرخدار بودند. اما در سال 1839، اریکسون مخترع سوئدی استفاده از پیچ را پیشنهاد کرد. از زمانی که ناوچه پیچی پرینستون در یک مسابقه سرعت در سال 1843 بر کشتی بخار بخار معروف Great Western (که یکی از اولین کشتی های بخاری بود که از اقیانوس اطلس عبور کرد) شروع به جایگزینی کردند.

کار استفاده از بخار در حمل و نقل زمینی بسیار دشوارتر بود. وزن دیگ بخار، سوخت، آب و خود دستگاه یک مانع تقریبا غیرقابل عبور به نظر می رسید. اصطکاک به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفت و اگرچه در قرن هجدهم از راه‌آهن‌های اسب‌کشی در معادن انگلیسی استفاده می‌شد، ایده امکان جایگزینی یک موتور زنده با یک موتور چرخ بخار بسیار امکان‌پذیر به نظر می‌رسید.

فرض بر این بود که اصطکاک چرخ ها روی ریل ها به قدری ناچیز است که "درگیری" لازم ایجاد یک لحظه رانندگی کار نمی کند. در سال 1770، Quigno یک کالسکه بخار طراحی کرد (شکل 222)، که بر خلاف پیش بینی افراد شکاک، رفت، اما کنترل آن دشوار بود و به دیوار برخورد کرد.

در آمریکا، الیور ایوانز (1755-1814) یکی از علاقه مندان به کالسکه های "خودکششی" بخار بود که کاملاً به امکان استفاده از ماشین فشار بالا برای حمل و نقل اطمینان داشت. او چنین ماشینی را در سال 1786 طراحی کرد و سال بعد یک درخواست ثبت اختراع برای کالسکه بخار ثبت کرد. با این حال، برای اجرای عملی ایده های خود
او تنها در سال 1801 توانست یک ماشین لایروبی آبی خاکی تمام زمینی بسازد.

در سال 1805، ایوانز کتابچه راهنمای مهندس مکانیک را منتشر کرد که ایده ها و پروژه های او، به ویژه ایده یک دیگ بخار لوله آتش را بیان می کرد. اما ناکامی‌ها مخترع را تعقیب کرد؛ در سال 1819، کارگاه‌های او سوخت و مرگ به زودی به دنبال آتش سوزی رخ داد.

قابل توجه است که مخترعان لوکوموتیوهای بخار مجبور بودند نه تنها با مقاومت طرفداران دوران باستان، بلکه با مبتکران فناوری که مسیرهای دیگری را دنبال می کردند نیز مبارزه کنند. وات با واگن های بخار و لوکوموتیو مخالف بود. وی استفاده از ماشین های فشار قوی را خطرناک و غیرقابل قبول دانست. شاگرد با استعداد و دستیار او مرداک مجبور شد کالسکه بخار خود را مخفیانه از معلمش بسازد. تروتیک سیزده ساله به مرداک کمک کرد که از حامیان سرسخت هدف جدید شد. ساخت واگن های خودکششی نه آسان بود و نه بی خطر. انفجار دیگ بخار با توجه به سطح فناوری مهندسی در آن زمان، غیر معمول نبود. وات وقتی از چنین حادثه ای شنید گفت: «تروتیک باید به دار آویخته شود. با این وجود، Trevetik موفق شد اولین لوکوموتیو بخار را بسازد و امکان حرکت آن را در یک مسیر ریلی صاف ثابت کند. اما او نتوانست صنعتگران را به اختراع خود جلب کند و لوکوموتیو برای مدت طولانی نقش یک جاذبه را ایفا کرد.

دلیل شکست مخترعان با استعداد، علیرغم تمام اعتقاد و پشتکارشان، نه تنها سکون جامعه، بلکه نقص شدید اختراعات آنها بود. دیگ های با کارایی پایین به اندازه کافی قوی و مداوم بخار را به سیلندر نمی دهند. یک متعادل کننده غیر ضروری هنوز باقی مانده بود و مشکل عمل مداوم هنوز حل نشده بود. در نهایت، علیرغم آزمایشات Trevethick، اعتقاد بر این بود که یک لوکوموتیو بخار قادر به کشیدن گاری با وزن کل بیش از وزن خود نیست، فرض بر این بود که اصطکاک چرخ های لوکوموتیو روی ریل ها با اصطکاک اتومبیل ها یکسان است. روی ریل بنابراین، فکر فنی به دنبال راه هایی برای ایجاد یک "ایست" مصنوعی بود. بنابراین در سال 1811، بلکینسون حق اختراع یک لوکوموتیو بخار با چرخ‌دنده‌هایی را که روی یک قفسه حرکت می‌کردند، به ثبت رساند. این لوکوموتیو توسط مور ساخته شده است.

برونتون لوکوموتیو را با "پاهای" ویژه - هل دهنده ها مجهز کرد. اما مهندس زدلی تصمیم گرفت این موضوع را به صورت تجربی مطالعه کند. آزمایش‌های او ثابت کرد که اصطکاک یک واگن خودکششی (چرخ‌های محرک) به‌طور قابل‌توجهی از اصطکاک چرخ‌های محرک بیشتر است و می‌توان برای قطاری که وزن آن از وزن خود لوکوموتیو بیشتر باشد، کشش ایجاد کرد. "Puffing Billy" - لوکوموتیو بخار هدلی - در سال 1813 ساخته شد. با این حال، با توجه به وضعیت راه آهن در آن زمان، مشکل حمل و نقل بخار هنوز حل نشده بود. این تصمیم به عهده پسر آتش نشان، جورج استفنسون (1781-1848) افتاد.

استیفنز که زندگی کاری خود را زود آغاز کرده بود، در سن 17 سالگی قبلاً یک ماشین‌کار با موتور بخار در معادن کلینگ‌ورث بود. در اینجا او این فرصت را داشت که فناوری موتورهای بخار و بعداً بهره برداری از راه آهن با استفاده از لوکوموتیوهای بخار را مطالعه کند. او به این نتیجه رسید که بهبود طراحی لکوموتیوهای بخار و همزمان بازسازی خطوط راه آهن تاثیر فوق العاده ای خواهد داشت. او موفق شد افراد با نفوذ را مورد توجه قرار دهد و مجوز ساخت خط راه آهن استاکتون-دارلینگتون را دریافت کند. هنگامی که شرکت ساخت و بهره برداری از این خط (پیز، استفنسون) تشکیل شد، استفنسون به طور پیشگوئی نشان داد که توسعه گسترده حمل و نقل ریلی را در آینده پیش بینی می کند و به ماهیت دموکراتیک و دسترسی آن به تمام اقشار جامعه اشاره می کند.

این خط در 25 سپتامبر 1825 افتتاح شد و این تاریخ آغازی در تاریخ ارتباطات راه آهن محسوب می شود. این خط توسط یک لوکوموتیو بخار استفنسون (لوکوموشن شماره 1) خدمت می کرد، اما برای تردد مسافران نیز با اسب کشیده می شد.

موفقیت آزمایش اول باعث ایجاد یک خط جدید با اهمیت گسترده شد. طوماری در پارلمان برای ساخت جاده منچستر - لیورپول مطرح شد. تصادفی نیست که ابتدا این سوال در مورد این مسیر مطرح شد. لیورپول دومین بندر پس از لندن است که بخش عمده ای از پنبه از طریق آن وارد کشور می شود و منچستر بزرگترین مرکز صنعت پنبه است. علیرغم اینکه این شهر بر روی رودخانه قابل کشتیرانی مرسی قرار داشت و توسط کانالی به دریا متصل می شد، حمل و نقل مانعی جدی برای صنعت و تجارت رو به رشد آن بود. منچستر مرکز به اصطلاح "تجارت آزاد" بود، یعنی جنبش بورژوازی تجاری و صنعتی برای تجارت آزاد، که با مخالفت حزب مالکان بزرگ روبرو شد، که از منافع آنها توسط "توری ها" (محافظه کاران) دفاع می شد. ).

مبارزه شدیدی پیرامون پروژه جدید درگرفت. زمین داران و اربابان به هر طریق ممکن در برابر تصویب این پروژه مقاومت کردند. در نتیجه، خط جدید باید از طریق مکان های بسیار نامناسب، باتلاق های صعب العبور، از میان تپه ها و غیره ساخته می شد. شاخه جوان فناوری، فناوری ساخت راه آهن، با موانع جدی مواجه شد. لازم بود پایه و خاکریزهای قابل اعتمادی در باتلاق ها ایجاد شود و از میان تپه ها تونل هایی حفر شود. مخالفت شدید زمین داران که حمله ای را به احزاب شناسایی و سازندگی سازماندهی کردند به این امر اضافه شد. و خود مبتکران ساخت و ساز هنوز به کشش بخار اعتماد نداشتند و اعتقاد بر این بود که کشش با نیروی اسب بخار باقی می ماند.

استفنسون متعهد به ساخت لوکوموتیو شد که می توانست به سرعت 30 مایل در ساعت برسد. او از بویلرهای لوله آتش در لوکوموتیو خود استفاده کرد، بدون اینکه بداند اختراع مشابهی قبلاً توسط Seguin انجام شده بود. در مسابقه معروف لوکوموتیو بخار در 1 اکتبر 1829، پیروزی به "راکت" استفنسون رسید که می توانست به سرعت 35 مایل در ساعت برسد. مسئله کشش بخار حل شد و در 15 سپتامبر 1830 خط منچستر - لیورپول افتتاح شد.

سود هنگفتی که جاده در اولین سال تاسیس آن به ارمغان آورد، همه تردیدها را برطرف کرد. آن اربابانی که جاده جدید را به باتلاق های صعب العبور هدایت کرده بودند، اکنون موافقت کردند که مسیر را «از طریق اتاق خواب خودشان» بگذارند. تب راه آهن آغاز شده است. در سال 1832 اولین راه آهن در فرانسه ساخته شد (عجیب است که آراگو مخالف جاده ها بود) ، در سال 1835 - در آلمان. ساخت و ساز راه آهن در ایالات متحده به ویژه توسعه یافته است.

در روسیه، اولین جاده کارخانه با کشش بخار توسط رعیت دمیدوف، پدر و پسر چرپانوف، در اورال، در نیژنی تاگیل، به طول 400 فوتوم ساخته شد. بین معادن مس واقع در دامنه کوه ویسوکا و کارخانه ذوب مس واقع در رودخانه وای به منظور کاهش هزینه های تحویل مواد اولیه به محل تولید گذاشته شد.

اولین لوکوموتیو بخار که توسط پدر افیم و پسرش میرون چریپانوف ساخته شد، شکست خورد. در حین آزمایش، دیگ منفجر شد. اما این امر سرسختی صنعتگران با استعداد راه آهن را شکست و در سال 1834 یک لوکوموتیو جدید در راه آهن ذکر شده در بالا ساخته شد و به بهره برداری رسید. این اولین لوکوموتیو بخار که در روسیه ساخته شد، "کشتی بخار خشکی" نام داشت و "در امتداد خطوط چرخ راه می رفت" و باری تا 3.5 تن را با سرعت حدود 15 کیلومتر در ساعت بلند می کرد. به زودی دمیدوف ها به میرون چرپانوف دستور دادند تا دومین "بخار زمینی" با قدرت افزایش یافته بسازد.

بنابراین، Cherepanovs، این مبتکران بسیار با استعداد روسی، اولین کسانی بودند که در روسیه نه تنها یک راه آهن، بلکه وسایل نورد آن را نیز ساختند.

در 30 اکتبر 1837، دومین خط راه آهن از سنت پترزبورگ به تزارسکوئه سلو افتتاح شد. قطاری با 8 واگن این مسافت را در سی و پنج دقیقه طی کرد.

موفقیت های مهندسی بخار یکی از پیش نیازهای اصلی قانون بقای انرژی بود. تصادفی نیست که در اولین اثر منتشر شده مایر یک لوکوموتیو بخار به عنوان تصویری از ایده تبدیل نیروها ظاهر می شود و در کار اساسی او در سال 1845 نشانه ای می یابیم که موتورهای بخار سال 1828 سوخت مصرف می کردند. همان قدرت، 17 برابر کمتر از اولین ماشین های وات.

پیشرفت های جدی در فیزیولوژی، که امکان کنار گذاشتن دیدگاه اسرارآمیز "نیروی حیات" و ورود فرآیندهای زندگی به دایره فرآیندهای طبیعی معمولی را فراهم کرد، دومین پیش نیاز ضروری برای قانون جدید بود. این موفقیت ها در نتیجه پیشرفت شیمی و فیزیک و در درجه اول توسعه شیمی احتراق و کالری سنجی امکان پذیر شد.

حتی در آغاز قرن نوزدهم، به گفته K. A. Timiryazev، "فیزیولوژی در مورد کاربرد دو قانون اساسی Lavoisier برای موجودات - قوانین بقای ماده و ثبات عناصر - تردیدهایی را ابراز کرد. ترکیبی از مجموعه کاملی از مطالعات، که در آن آثار سنتبیر، سوسور، بوزینگو و لیبیگ باید در وهله اول قرار گیرند، و عمدتاً مطالعاتی که ثابت کردند گیاهان مهمترین عنصر خود - کربن - را از هوا می گیرند. بدون شک می توان ثابت کرد که همه گیاهان عناصر خود را از محیط سه گانه اطراف خود - خاک، آب و هوا - وام می گیرند. بنابراین، مشخص شد که موجودات از قوانین اساسی لاووازیه پیروی می کنند، و ویژگی های شیمیایی گیاه نیز مشخص شد - در آن، یک ماده معدنی معدنی به آلی تبدیل می شود.

این نگرش به بدن به عنوان نوعی آزمایشگاه شیمیایی به مسئله حفظ انرژی نزدیک شد. شیمیدانان قبلاً گرمای واکنشهای شیمیایی و در درجه اول واکنش احتراق را تعیین کرده اند. قبلا، پیش از این. در سال 1840، Ges، آکادمیک سن پترزبورگ، توانست موضع مهمی در مورد گرمای آزاد شده در طی واکنش های شیمیایی بیان کند. این موقعیت در یک فرمول دقیق مدرن را می توان به صورت زیر بیان کرد: «میزان کل گرمای آزاد شده در طول انتقال مواد گروه A به مواد گروه B به روش این انتقال، یعنی به نوع و تعداد واسطه بستگی ندارد. واکنش‌ها، مگر اینکه وضعیت فیزیکی گروه‌های A و گروه B در همه موارد انتقال یکسان باشد.

قانون را می توان به صورت نمادین به صورت زیر بیان کرد: Q AB = U B - U A، که در آن U AB مقدار گرمای آزاد شده (یا جذب شده) در طول انتقال از گروه مواد A به گروه مواد B است. قانون هس به این معنی است که شیمیدانان تقریباً به فرمول قانون بقای انرژی برسیم. کاملاً قابل درک است که تحقیقات فیزیولوژیکی به عنوان انگیزه ای برای کشف همان قانون عمل کرده است. پدیده اتلاف و نابودی ماده در بدن به طور غیرارادی ما را به فکر کردن در مورد آنچه که از این ضایعات به دست می‌آورد، سوق می‌دهد و ما را به بررسی دومین مشکل بزرگی که در قرن گذشته توسط فیزیولوژی مطرح شده و عمدتاً حل شده است - مشکل تبدیل انرژی سوق می‌دهد. "

خالقان این آموزش فیزیکی، مایر و هلمهولتز، هم فیزیولوژیست بودند و هم دشمنان آشکار حیات گرایی. برای آنها به ویژه ارزشمند بود زیرا جایی برای این نیروی حیاتی مرموز باقی نمی گذاشت. تمام تظاهرات انرژی در بدن باید در برخی منابع شناخته شده فیزیکی یا شیمیایی ردیابی شود. این نیروی مرموز نمی تواند یک واحد کار مکانیکی، یک کالری، و همچنین یک اتم ماده ایجاد کند. کار عضلانی و گرمای حیوانات به دلیل انرژی بالقوه موجود در مواد آلی که به عنوان غذا مصرف می شود رخ می دهد.» (Timiryazev).

این موضوع در مورد دومین فرض اساسی قانون است.

سرانجام موفقیت هایی که فیزیکدانان در اثبات وحدت و تبدیل پذیری نیروهای طبیعت به دست آوردند (تبدیل الکتریسیته به گرما و بالعکس، تبدیل الکتریسیته به مغناطیس و بالعکس) سومین فرض اساسی قانون بود.

اولین جایگاه در توسعه این فرض بدون شک متعلق به فارادی است. این اعتقاد قدیمی و تغییر ناپذیر که همه نیروهای طبیعت به یکدیگر وابسته هستند و منشأ مشترکی دارند، یا بهتر است بگوییم که مظاهر متفاوتی از یک نیروی اساسی هستند، اغلب مرا به امکان اثبات تجربی ارتباط بین گرانش و الکتریسیته برانگیخته است. و بدین ترتیب اولین مورد را به گروهی معرفی می کنیم که زنجیره آن، از جمله مغناطیس، نیروی شیمیایی و گرما، با روابط مشترک بسیاری از مظاهر نیرو را به هم متصل می کند." با این سخنان، فارادی یک سری مطالعات را در مورد ارتباط گرانش و الکتریسیته آغاز کرد. کاملاً قابل درک است که در وجود چنین مقدمات قدرتمندی، ایده قانون در هوا بود.

نقش بسیار مهمی در توسعه دکترین تغییرپذیری نیروهای طبیعی توسط تحقیقات لنز ایفا شد که از این نظر در مجاورت تحقیقات فارادی بود. اگرچه لنز، مانند فارادی، به طور مستقیم اصل تبدیل انرژی را تدوین نکرد، کار قابل توجه او در مورد الکتریسیته تمرکز انرژی روشنی دارد و به طور قابل توجهی به تقویت قانون کمک کرد. بنابراین، لنز به درستی یکی از اولین مکان ها را در کهکشان سازندگان و تقویت کنندگان قانون بقای انرژی اشغال می کند.

امیل کریستیانوویچ لنز در 12 فوریه 1804 در دورپات، تارتوی کنونی به دنیا آمد. پس از فارغ التحصیلی از دبیرستان در سال 1820، لنز وارد دانشگاه شد و به دلیل شرایط سخت خانوادگی، که انتظار نداشت راهی برای یک شغل سکولار پیدا کند، شروع به آماده شدن برای یک شغل معنوی کرد. با این حال، گرایش به علوم طبیعی پیروز شد و رئیس دانشگاه، پاروت، با توجه به این تمایل، مرد جوان لنز را به سمت فیزیکدان در سفر دور جهان کوتزبو در سال 1823 توصیه کرد.

لنز توصیه ای را که به او شده بود به طرز درخشانی توجیه کرد. او با همکاری Parrot ابزارهایی را طراحی کرد: یک عمق سنج برای اندازه گیری دمای عمیق، که بعداً توسط V. Thomson دوباره اختراع شد، و یک حمام سنج - دستگاهی برای نمونه برداری از آب، همچنین توسط پترسون و نانسن دوباره کشف شد.

لنز در طول این سفر به رصدهای اقیانوس شناسی، نجومی و مغناطیسی پرداخت و در عین حال دانش خود را در زمینه علوم فیزیکی و ریاضی گسترش داد.

کار لنز در اکسپدیشن کوتزبو بسیار مورد استقبال قرار گرفت. بنابراین، دریاسالار S. O. Makarov در سال 1892 در مورد تحقیقات اقیانوس شناسی خود نوشت: "مشاهدات لنز نه تنها از نظر زمانی، بلکه از نظر کیفی نیز اولین هستند، و من آنها را بالاتر از مشاهدات خودم و بالاتر از مشاهدات چلنجر قرار می دهم."

آثار لنز نیز بسیار مورد استقبال معاصرانش قرار گرفت: استاد دانشگاه سن پترزبورگ N.P. Shcheglov، دانشگاهیان Parrott، Fuss و Collige، که به پیشنهاد آنها در 5 مه 1828 لنز به عنوان دانشیار در فیزیک انتخاب شد. به زودی لنز به سفری به قفقاز و کریمه فرستاده شد و مشاهدات ژئوفیزیکی و نجومی انجام داد. او در 23 مه 1830 از اکسپدیشن به سن پترزبورگ بازگشت، جایی که خبر انتخاب غایب او برای دانشگاهیان فوق‌العاده در انتظار او بود.

این آکادمیک بیست و شش ساله با عزت به افتخاری که به او داده شده بود پاسخ داد. با ادامه پردازش نتایج سفرها، لنز به زودی به منطقه ای روی آورد که در آن قرار بود خود و علم روسیه را تجلیل کند - برق.

لنز پس از دریافت اخبار اکتشافات فارادی، بلافاصله بررسی کامل فرآیند القای الکترومغناطیسی را آغاز کرد. در 7 نوامبر 1832، او گزارشی را به آکادمی ارائه کرد: "در مورد قوانین عملکرد یک آهنربا بر روی یک مارپیچ هنگامی که ناگهان نزدیک می شود یا دور می شود و در مورد سودمندترین طرح یک مارپیچ برای مدارهای مغناطیسی-الکتریک." در این کار، لنز پایه های روش بالستیک را با اندازه گیری پرتاب سوزن ضربی، که سیم پیچ آن به سیم پیچ سیم پیچ متصل می شود، پایه گذاری می کند، زمانی که آرمیچر به طور ناگهانی به دور آرمیچر آهنربا می پیچد. از آهنربا جدا شده است. اگرچه لنز هنوز به اشتباه این رد را به عنوان متناسب با قدرت جریان و نه با مقدار الکتریسیته، همانطور که در واقع هست پذیرفت، با این حال، در نتیجه اندازه گیری های دقیق و متفکرانه، به این نتیجه مهم رسید که e. d.s. القایی بر روی مواد و قطر سیم سیم پیچ، و همچنین استقلال آن از قطر سیم پیچ. بسیار قابل توجه است که لنز در این اثر به عنوان حامی قانون اهم عمل می کند، که اهمیت آن، همانطور که قبلاً اشاره کردیم، توسط معاصرانش دور از ذهن بود. لنز با آثار خود کمک زیادی به تقویت و توسعه قانون اساسی در مهندسی برق کرد. ما بعداً با توجه به تاریخچه توسعه دکترین برق در مورد این صحبت خواهیم کرد.

یک سال پس از تحقیقات فوق الذکر، کار بنیادی جدید لنز ظاهر شد: "در مورد تعیین جهت جریان های گالوانیکی ناشی از القای الکترودینامیکی" (گزارش شده در آکادمی در 29 نوامبر 1833). در این اثر، لنز، با تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش‌های القایی و الکترودینامیکی فارادی، آمپر، دلا ریو، بارلو و خود، به قانون معروف معروف به «قوانین لنز» می‌رسد که در اینجا چنین فرموله می‌کند: «اگر هادی فلزی نزدیک جریان یا آهنربا حرکت می کند، سپس یک جریان گالوانیکی در آن ایجاد می شود. جهت این جریان (برانگیخته) به گونه ای است که یک سیم در حالت سکون شروع به حرکت از آن به طور مستقیم بر خلاف حرکت واقعی می کند. فرض بر این است که سیم فقط می تواند در جهت حرکت واقعی یا در جهت مخالف حرکت کند.

در سال 1838، لنز قانون خود را چنین فرموله کرد: «هر تجربه الکترومغناطیسی را می توان به گونه ای معکوس کرد که منجر به یک تجربه مغناطیسی الکتریکی متناظر شود. برای انجام این کار، فقط باید حرکتی را که در صورت تجربه الکترومغناطیسی انجام می دهد، به طریق دیگری به هادی جریان گالوانیکی منتقل کنید و سپس جریانی در جهت مخالف جهت جریان در آن ایجاد شود. جریان در تجربه الکترومغناطیسی.

تحقیقات لنز به هلمهولتز این فرصت را داد تا با استفاده از مثال پدیده القای الکترومغناطیسی (نتیجه گیری هلمهولتز، در زیر ببینید)، قانون بقای انرژی را تأیید کند. هلمهولتز در مقاله خود به چهار اثر لنز اشاره می کند. علاوه بر مواردی که قبلا ذکر شد، اینها مطالعاتی در مورد اثرات حرارتی و شیمیایی جریان بودند.

در سال 1838 لند به همراه ژاکوبی به بررسی عملکرد ماشین های الکترومغناطیسی پرداختند. آنها این واقعیت مهم را ثابت می کنند که حداکثر تأثیر این ماشین ها - موتورها با مساحت الکترودهای روی متناسب است. بنابراین، در اصل، آنها قانون بقای انرژی را برای حالت تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی مکانیکی کشف کردند.

در دسامبر 1842، لنز شروع به تحقیق در مورد اثرات حرارتی جریان کرد. نتایج این تحقیق در سال 1844 در Poggendorff's Annals منتشر شد. دستگاه لنز شیشه ای بود که برعکس شده بود و روی تخته ای نصب شده بود. سوراخ شیشه با یک درپوش شیشه ای بسته می شد که دو سیم در آن لحیم شده بود و برای تامین جریان به یک سیم مارپیچی که در داخل شیشه قرار داده شده بود، کار می کرد. یک سوراخ در کف شیشه وجود داشت که با یک درپوش با دماسنج بسته می شد. تحقیقات لنز نشان داد که گرمای تولید شده با مجذور جریان، مقاومت سیم و زمان عبور جریان متناسب است. این قانون ژول لنز که اکنون شناخته شده است چیزی نیست جز قانون تبدیل جریان الکتریکی به گرما. لنز نشان داد که مقدار گرمای تولید شده توسط مساحت الکترودهای روی باتری، یعنی مقدار روی محلول تعیین می شود. در نتیجه، در این مورد نیز، لنز پایه های انرژی و واکنش های الکتروشیمیایی را می گذارد.

بسیار قابل توجه است که لنز در کشف اصل برگشت پذیری ژنراتورهای الکترومغناطیسی اولویت داشت. این اصل اساساً قبلاً در فرمول او از قانون تعیین جهت جریان القایی وجود دارد. اما لنز در سال 1838 عملاً ماشین مغناطیسی Pixie را به یک موتور تبدیل کرد، بنابراین 22 سال از Picinotti و 35 سال جلوتر از Fontaine، که معمولاً این اولویت را به او نسبت می دهند، قرار گرفت.

ما در مورد کار اساسی لنز در مورد الکتریسیته در جای دیگری صحبت خواهیم کرد. در اینجا ذکر این نکته حائز اهمیت است که لنز در سخنرانی خود در دانشگاه در سال 1839 به وضوح به اهمیت انرژی مهم برق اشاره کرد. لنز با اشاره به اینکه منابع اصلی انرژی نیروهای موجودات زنده و گرما هستند، هم خورشیدی (در اینجا لنز شامل انرژی آب و باد است) و هم از سوخت به دست می‌آید، لنز توجه را به کاهش سریع منابع سوخت جلب می‌کند: جنگل‌ها و فسیل‌ها. بنابراین، وظیفه مدرنیته آگاه و متفکر این است که تا آنجا که ممکن است از سرمایه ای که فرزندان ما به آن حقی برابر با ما دارند، دریغ کند و از این رو نگاه خود را به منابع کمکی دیگر معطوف کند... و لنز خاطرنشان می کند که "منبعی از نیروهای محرک وجود دارد - الکتریسیته یا گالوانیزم، که واقعاً امید معقولی به حداقل تا حدی جایگزینی سرویس بخار می دهد. اگرچه این منبع نیز با احتراق روی در سلول ها به دست می آید، اما "فلز حل شده در سلول گالوانیکی ممکن است دوباره بدون هزینه قابل توجهی بازیابی شود یا در محلول مورد استفاده قرار گیرد."

بنابراین، اگر گالوانیزم تنها منبعی است که می‌توانیم نیروی مکانیکی را از آن استخراج کنیم، آزمایش‌های مرتبط با آن بسیار مهم است که برخی از قربانی‌های پولی برای آنها انجام نشود، و ما خوشحالیم که روسیه پیش از همه است. کشورها این دیدگاه عالی را اتخاذ کرده اند.»

بنابراین، لنز به وضوح جوهر پرانرژی پدیده های الکتریکی را درک می کرد، اما جهت گیری تجربی کلی کار او مانع از آن شد که اصل بزرگ علوم طبیعی را در آزمایش های خود ببیند.

فعالیت های گسترده و چند جانبه لنز: تدریس، سازمانی، فنی، سلامت و توان او را از او گرفت. در سال 1864 برای معالجه در رم یک سال مرخصی گرفت. در اینجا او در 10 فوریه به طور ناگهانی درگذشت. با. 1865.

معرفی

1. معنای اساسی قانون بقای انرژی

2. تاریخچه کشف قانون بقا و تبدیل انرژی

نتیجه

کتابشناسی - فهرست کتب

معرفی

ارتباط کار ما در در نظر گرفتن ویژگی های قانون بقای انرژی است که نتیجه همگنی زمان است و از این نظر جهانی است ، یعنی در سیستم هایی با ماهیت های فیزیکی بسیار متفاوت ذاتی است.

هدف از این کار بررسی اصول اساسی قانون بقای انرژی است.

دستیابی به هدف مستلزم حل تعدادی از وظایف است:

1) معنای اساسی قانون بقای انرژی را در نظر بگیرید.

2) تاریخچه کشف قانون بقا و تبدیل انرژی را مطالعه کنید.

کاشفان قانون بقا و تبدیل انرژی مسیرهای مختلفی را برای استقرار آن دنبال کردند. مایر، با شروع مشاهدات پزشکی، بلافاصله آن را به عنوان یک قانون عمیق و جامع در نظر گرفت و زنجیره ای از تحولات انرژی را از فضا به یک موجود زنده آشکار کرد. ژول به طور مداوم و مداوم رابطه کمی بین حرارت و کار مکانیکی را اندازه گیری کرد. هلمهولتز قانون را با تحقیقات مکانیک بزرگ قرن هجدهم مرتبط کرد.

1. معنای اساسی قانون بقای انرژی

قانون بقای انرژی "یک قانون اساسی طبیعت است که به طور تجربی ایجاد شده است، که بیان می کند که انرژی یک سیستم فیزیکی جدا شده (بسته) در طول زمان حفظ می شود." به عبارت دیگر، انرژی نمی تواند از هیچ به وجود بیاید و نمی تواند در هیچ ناپدید شود، فقط می تواند از شکلی به شکل دیگر حرکت کند.

در اینجا تابع لاگرانژ، مختصات تعمیم یافته و مشتقات اول و دوم آنها با توجه به زمان است. با استفاده از معادلات لاگرانژ، مشتقات را با عبارت جایگزین می کنیم:

اجازه دهید آخرین عبارت را در فرم بازنویسی کنیم

2. تاریخچه کشف قانون بقا و تبدیل انرژی

قانون بقای انرژی تبدیل

به نظر می‌رسید که موفقیت‌های ترموفیزیک تجربی، و بالاتر از همه کالری‌سنجی، به نفع کالری‌سنجی بود. اما همان قرن نوزدهم. شواهد بصری از ارتباط بین گرما و حرکت مکانیکی به ارمغان آورد. البته این واقعیت که گرما از اصطکاک ایجاد می شود از زمان های بسیار قدیم شناخته شده است. طرفداران گرما در این پدیده چیزی شبیه به الکتریکی شدن اجسام توسط اصطکاک دیدند - اصطکاک به فشردن کالری از بدن کمک می کند. با این حال، در سال 1798، بنجامین تامپسون (1753-1814)، که در سال 1790 کنت رامفورد شد، مشاهدات مهمی را در کارگاه های نظامی مونیخ انجام داد: هنگام حفاری یک کانال در لوله توپ، مقدار زیادی گرما آزاد می شود. برای بررسی دقیق این پدیده، رامفورد با حفاری یک کانال در یک سیلندر که از فلز تفنگ ماشینکاری شده بود، آزمایش کرد. یک مته بلانت در کانال حفاری شده قرار داده شد، محکم به دیواره کانال فشار داده شد و در چرخش قرار گرفت. دماسنج وارد شده در سیلندر نشان داد که در عرض 30 دقیقه پس از کار، دما 70 درجه فارنهایت افزایش یافته است. رامفورد آزمایش را با فرو بردن استوانه و مته در ظرف آب تکرار کرد. در حین حفاری، آب گرم شده و پس از 2.5 ساعت به جوش آمد. رامفورد این آزمایش را دلیلی بر این بود که گرما نوعی حرکت است.

به گفته مایر، همه جنبش‌ها و تغییرات در جهان توسط «تفاوت‌ها» ایجاد می‌شوند که نیروهایی را به وجود می‌آورند که به دنبال نابودی این تفاوت‌ها هستند. اما حرکت متوقف نمی شود، زیرا نیروها تخریب ناپذیر هستند و اختلافات را باز می گرداند. "بنابراین، این اصل که بر اساس آن نیروهای داده شده از نظر کمی تغییر نمی کنند، مانند مواد، به طور منطقی ادامه وجود تفاوت ها و بنابراین جهان مادی را برای ما تضمین می کند." این فرمول پیشنهادی مایر به راحتی قابل انتقاد است. مفهوم «تفاوت» دقیقاً تعریف نشده است؛ مشخص نیست که منظور از اصطلاح «نیرو» چیست. این پیش‌بینی قانون است و نه خود قانون. اما از ارائه بیشتر مشخص می شود که او به زور علت حرکت را که با ضرب جرم و سرعت اندازه گیری می شود، درک می کند. حرکت، گرما و الکتریسیته پدیده‌هایی هستند که می‌توان آنها را به یک نیرو تقلیل داد که با یکدیگر اندازه‌گیری می‌شوند و طبق قوانین خاصی به یکدیگر تبدیل می‌شوند. این یک فرمول بسیار مشخص و واضح از قانون بقا و تبدیل نیرو است، یعنی. انرژی.

مایر با هدف به کارگیری ایده های مکانیک در فیزیولوژی، با توضیح مفهوم نیرو شروع می کند. و در اینجا دوباره این عقیده را تکرار می کند که حرکت از هیچ برخاسته نمی شود، نیرو علت حرکت است و علت حرکت یک شیء نابود نشدنی است. این صورت‌بندی به طرز شگفت‌انگیزی یادآور فرمول‌بندی «قانون جهانی» لومونوسوف است، که او «به قوانین حرکت» تعمیم داد. توجه داشته باشید که ترویج قانون جهانی حفاظت توسط لومونوسوف و مایر به عنوان "قانون برتر طبیعت" توسط علم مدرن پذیرفته شده است، که قوانین خاص متعددی را برای حفاظت به عنوان ستون اصلی تحقیقات علمی فرموله می کند. مایر معادل مکانیکی گرما را با جزئیات از اختلاف ظرفیت گرمایی گاز محاسبه می کند (این محاسبه اغلب در کتاب های درسی فیزیک مدارس تکرار می شود) و آن را بر اساس اندازه گیری های دلاروش و برارد و همچنین دولونگ که نسبت ظرفیت گرمایی هوا 367 کیلوگرم بر متر بر کیلو کالری است.

مایر تا سال 1848 توسعه ایده های خود را تکمیل کرد، زمانی که در بروشور "دینامیک آسمان در یک ارائه عمومی" مطرح کرد و سعی کرد مهمترین مشکل در مورد منبع انرژی خورشیدی را حل کند. مایر دریافت که انرژی شیمیایی برای جبران انرژی عظیم خورشید کافی نیست. اما از دیگر منابع انرژی در زمان او، فقط انرژی مکانیکی شناخته شده بود. و مایر به این نتیجه رسید که گرمای خورشید با بمباران شهاب سنگ هایی که از هر طرف به طور مداوم از فضای اطراف بر روی آن می افتند، دوباره پر می شود. او اعتراف می کند که این کشف به طور تصادفی انجام شده است (مشاهده ای در جاوا)، اما "هنوز دارایی من است و من از دفاع از حق اولویت خود دریغ نمی کنم." مایر همچنین اشاره می کند که قانون بقای انرژی، "و همچنین بیان عددی آن، معادل مکانیکی گرما، تقریباً به طور همزمان در آلمان و انگلیس منتشر شد." او به تحقیقات ژول اشاره می‌کند و اذعان می‌کند که ژول قانون بقای و تبدیل انرژی را "به طور مستقل کشف کرده است" و "او مدیون دستاوردهای مهم متعددی در اثبات و توسعه بیشتر این قانون است." اما مایر تمایلی به چشم پوشی از حق اولویت خود ندارد و اشاره می کند که از خود آثار او مشخص است که او دنبال اثر نیست. با این حال، این به معنای کنار گذاشتن حقوق مالکیت شما نیست.

لنز روش آزمایشی را به دقت اندیشید و توسعه داد، گالوانومتر مماس را که به عنوان یک جریان سنج برای او عمل می کرد، آزمایش و بررسی کرد، واحد مقاومتی که استفاده می کرد را تعیین کرد (به یاد داشته باشید که قانون اهم تا آن زمان هنوز مورد استفاده عمومی قرار نگرفته بود). و همچنین واحدهای جریان و نیروی الکتروموتور که مورد دوم را بر حسب واحد جریان و مقاومت بیان می کند. لنز رفتار مقاومت ها را به دقت مطالعه کرد، به ویژه، او وجود به اصطلاح "مقاومت گذار" را در طول انتقال از جامد به مایع بررسی کرد. این مفهوم توسط برخی از فیزیکدانان در دوره ای مطرح شد که قانون اهم هنوز به طور کلی پذیرفته نشده بود. سپس به آزمایش اصلی رفت که نتایج آن را در دو شرط زیر فرموله کرد: گرم کردن سیم توسط جریان گالوانیکی متناسب با مقاومت سیم است. گرمایش سیم توسط جریان گالوانیکی متناسب با مجذور جریان مورد استفاده برای گرمایش است. دقت و کامل بودن آزمایشات لنز، شناخت قانونی را تضمین کرد که با نام قانون ژول-لنز وارد علم شد.

ژول با چرخاندن آهنربای الکتریکی یک ماشین القایی با کمک وزنه در حال سقوط، رابطه بین کار وزنه در حال سقوط و گرمای تولید شده در مدار را تعیین کرد. او به عنوان یک نتیجه متوسط از اندازه گیری های خود دریافت که "مقدار گرمایی که می تواند یک پوند آب را یک درجه فارنهایت بالا ببرد، می تواند به نیروی مکانیکی تبدیل شود که قادر است 838 پوند را تا ارتفاع عمودی یک پا بالا ببرد." با تبدیل واحدهای پوند و پا به کیلوگرم و متر و درجه فارنهایت به درجه سانتیگراد، در می یابیم که معادل مکانیکی گرما، محاسبه شده توسط ژول، برابر با 460 کیلوگرم بر متر بر کیلو کالری است. این نتیجه گیری ژول را به نتیجه کلی تر دیگری می رساند که او قول می دهد آن را در آزمایش های بعدی آزمایش کند: «نیروهای قدرتمند طبیعت... تخریب ناپذیر هستند و... در تمام مواردی که نیروی مکانیکی صرف می شود، مقدار دقیقی معادل گرما حاصل می شود.» او استدلال می کند که گرمای حیوانات در نتیجه دگرگونی های شیمیایی در بدن به وجود می آید و خود دگرگونی های شیمیایی نتیجه عمل نیروهای شیمیایی ناشی از "سقوط اتم ها" است. بنابراین، ژول در کار سال 1843 به همان نتایجی که مایر قبلاً به آن رسیده بود.

ژول آزمایشات خود را در دهه 60 و 70 ادامه داد. در سال 1870 او به عضویت کمیسیون تعیین معادل مکانیکی گرما درآمد. این کمیسیون شامل وی. تامسون، ماکسول و دانشمندان دیگر بود. اما ژول خود را به کار یک آزمایشگر محدود نکرد. او قاطعانه موضع نظریه جنبشی گرما را گرفت و یکی از بنیانگذاران نظریه جنبشی گازها شد. این اثر ژول بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت. هلمهولتز برخلاف پیشینیان خود، قانون را با اصل عدم امکان یک ماشین حرکت دائمی (perpetuum mobile) مرتبط می کند. این اصل توسط لئوناردو داوینچی، دانشمند قرن هفدهم پذیرفته شد. (به یاد داشته باشید که استوین قانون صفحه مایل را بر عدم امکان حرکت دائمی بنا نهاد) و سرانجام در قرن هجدهم. آکادمی علوم پاریس از در نظر گرفتن پروژه های حرکت دائمی خودداری کرد. هلمهولتز اصل عدم امکان حرکت دائمی را مشابه این اصل می داند که «همه اعمال در طبیعت را می توان به نیروهای جذاب یا دافعه تقلیل داد». هلمهولتز ماده را منفعل و بی حرکت می داند. برای توصیف تغییراتی که در جهان اتفاق می‌افتد، باید دارای نیروهای جذاب و دافعه باشد. هلمهولتز می نویسد: «پدیده های طبیعت باید به حرکات ماده با نیروهای محرکه ثابت تقلیل داده شوند که فقط به روابط فضایی بستگی دارند.» کاشفان قانون بقا و تبدیل انرژی مسیرهای مختلفی را برای استقرار آن دنبال کردند. مایر، با شروع مشاهدات پزشکی، بلافاصله آن را به عنوان یک قانون عمیق و جامع در نظر گرفت و زنجیره ای از تحولات انرژی را از فضا به یک موجود زنده آشکار کرد. ژول به طور مداوم و مداوم رابطه کمی بین حرارت و کار مکانیکی را اندازه گیری کرد. هلمهولتز قانون را با تحقیقات مکانیک بزرگ قرن هجدهم مرتبط کرد. آنها در مسیرهای مختلف، همراه با بسیاری دیگر از معاصران، علیرغم مخالفت دانشمندان صنفی، پیگیرانه برای تصویب و به رسمیت شناختن قانون مبارزه کردند. مبارزه آسان نبود و گاه تراژیک می شد، اما با پیروزی کامل به پایان رسید. علم قانون بزرگ بقا و تبدیل انرژی را در اختیار گرفته است.

نتیجه

کتابشناسی - فهرست کتب

1. 100 اکتشاف علمی بزرگ / تحت D.K. ثمینا. - م.: وچه، 2002. - 480 ص.

2. Antoshina، L.G.، Pavlov، S.V.، Skipetrova، L.A. فیزیک عمومی. مجموعه مشکلات / L.G. آنتوشینا، S.V. پاولوف، L.A. اسکی پتروا. - م.: Infra-M، 2008. - 336 ص.

3. بلوخینتسف، دی.ای. مبانی مکانیک کوانتومی / D.I. بلوخینسف. - سن پترزبورگ: لان، 2004. - 672 ص.

4. دوکوف، V.M. تاریخچه فرمول بندی قانون بقای انرژی / V.M. دوکوف // فیزیک. -- م.: اول سپتامبر. -- 2002. -- شماره 31/02. -- ص 32--34.

5. Kubo، R. ترمودینامیک / R. Kubo. - M.: Nauka، 2007. - 307 p.

6. سیووخین، دی.و. درس عمومی فیزیک / D.V. سیوخین. - م.: فیزمتلیت، 2004. - 656 ص.

7. Tipler، P.A.، Llewellyn، R.A. فیزیک مدرن / P.A. تیپلر، آر.آ. لیولین. - م.: میر، 1386. - 496 ص.

اسناد مشابه

تفسیر مفهوم «نیروی زنده» در آثار علمی دکارت، لایب نیتس، نیوتن، یونگ. آشنایی با محتوای قانون بقا و تبدیل انرژی در مکانیک. بررسی تئوری های کالری و جنبشی فرآیندهای تبدیل کار به گرما.

چکیده، اضافه شده در 2010/07/30

جبرگرایی به عنوان آموزه ای از رابطه عینی، طبیعی و وابستگی متقابل پدیده ها در جهان مادی و معنوی. مشخصات کلی قوانین بقا، تاریخچه کشف قانون بقای ماده. تکامل قانون بقای انرژی.

چکیده، اضافه شده در 2009/11/29

تقارن و معانی آن: متناسب (متعادل) و تعادل. تقارن طبیعت در فیزیک، نظریه های بنیادی آن. قوانین بقا: قانون تغییر و قانون بقای انرژی کل، قانون بقای تکانه، قانون بقای بار.

چکیده، اضافه شده در 2008/01/05

قوانین بنیادی بقا (قانون بقای انرژی، قانون بقای تکانه، قانون بقای تکانه زاویه ای). ارتباط قوانین حفاظت با تقارن مکان و زمان. تقارن به عنوان مبنایی برای توصیف اشیا و فرآیندها در دنیای خرد.

چکیده، اضافه شده در 1393/11/17

سلسله مراتب قوانین علمی طبیعی. قوانین حفاظت رابطه بین قوانین حفاظت و تقارن سیستم. قوانین فیزیکی بنیادی که بر اساس آن، در شرایط خاص، کمیت های فیزیکی معین در طول زمان تغییر نمی کنند.

چکیده، اضافه شده در 2005/10/17

قوانین بقای جرم و انرژی در فرآیندهای ماکروسکوپی خود سازماندهی سیستم های شیمیایی و انرژی فرآیندهای شیمیایی. ویژگی های سطح بیولوژیکی سازماندهی ماده. آلودگی محیطی: جو، آب، خاک، غذا.

تست، اضافه شده در 11/11/2010

قانون بقای جرم به عنوان یکی از قوانین بنیادی علوم طبیعی. رابطه بین انرژی استراحت و جرم بدن اینشتین، نظریه نسبیت. تبدیل متقابل جرم و انرژی در انرژی هسته ای. جوهر فیزیکی آتش، ماهیت جرم.

چکیده، اضافه شده در 2010/04/23

قوانین دینامیک در عالم کلان و قوانین ایستا در عالم صغیر. قانون بقای انرژی و عدم امکان ایجاد یک ماشین حرکت دائمی از نوع اول. قانون دوم ترمودینامیک و عدم امکان ایجاد یک ماشین حرکت دائمی از نوع دوم. انرژی فرآیندهای شیمیایی

تست، اضافه شده در 2010/06/20

مفهوم تقارن به عنوان تغییرناپذیری (تغییر ناپذیری) خصوصیات و ویژگی های یک شی در رابطه با هرگونه تبدیل (عملیات) روی آن. اهمیت قوانین بقا (تکانه، انرژی، بار) برای علم. ایزوتروپی فضا-زمان.

کار دوره، اضافه شده در 11/04/2011

مسیرهای توسعه علوم طبیعی در قرون 18-19. ویژگی های نظریه کیهان شناسی کانت-لاپلاس. قانون بقا و تبدیل انرژی. ساختار سلولی گیاهان و جانوران. نظریه تکامل داروین. جدول تناوبی عناصر مندلیف.

قانون بقای جرم مبنای محاسبه فرآیندهای فیزیکی در تمام حوزه های فعالیت انسان است. اعتبار آن توسط فیزیکدانان، شیمی دانان یا نمایندگان سایر علوم مورد مناقشه نیست. این قانون، مانند یک حسابدار سختگیر، تضمین می کند که جرم دقیق یک ماده قبل و بعد از تعامل آن با سایر مواد حفظ می شود. افتخار کشف این قانون متعلق به دانشمند روسی M.V. Lomonosov است.

ایده های اولیه در مورد ترکیب مواد

ساختار ماده برای قرن ها برای هر شخصی یک رمز و راز باقی ماند. فرضیه های مختلف ذهن دانشمندان را برانگیخت و حکیمان را به بحث های طولانی و بی معنا واداشت. یکی استدلال کرد که همه چیز از آتش تشکیل شده است، دیگری از دیدگاه کاملاً متفاوتی دفاع کرد. تئوری حکیم یونان باستان دموکریتوس مبنی بر اینکه همه مواد از ذرات ریز و نامرئی ماده تشکیل شده‌اند، در میان انبوه نظریه‌ها جرقه زد و به‌طور غیر شایسته فراموش شد. دموکریتوس آنها را "اتم" نامید که به معنای "تقسیم ناپذیر" است. متأسفانه، برای مدت 23 قرن، فرض او فراموش شد.

کیمیاگری

اساساً داده های علمی قرون وسطی مبتنی بر پیشداوری ها و حدس های مختلف بود. کیمیاگری پدید آمد و به طور گسترده ای گسترش یافت، که مجموعه ای از دانش عملی متواضع بود، که از نزدیک با خارق العاده ترین تئوری ها مزه دار بود. به عنوان مثال، ذهن های مشهور آن زمان سعی کردند سرب را به طلا تبدیل کنند و سنگ فلسفی ناشناخته ای را بیابند که همه بیماری ها را شفا می داد. در طول فرآیند جستجو، تجربیات علمی به تدریج انباشته شد که شامل بسیاری از واکنش های غیرقابل توضیح عناصر شیمیایی است. به عنوان مثال، مشخص شد که بسیاری از مواد که بعدها ساده نامیده شدند، پوسیدگی ندارند. بنابراین، نظریه باستانی ذرات غیرقابل تقسیم ماده احیا شد. تبدیل این انبار اطلاعات به یک نظریه منسجم و منطقی نیاز به ذهن بزرگی داشت.

نظریه لومونوسوف

شیمی روش تحقیق کمی دقیق خود را مدیون دانشمند روسی M.V. Lomonosov است. او به دلیل توانایی های درخشان و سخت کوشی خود عنوان استاد شیمی را دریافت کرد و به عضویت آکادمی علوم روسیه درآمد. زیر نظر او اولین آزمایشگاه شیمی مدرن کشور تشکیل شد که در آن قانون معروف بقای جرم مواد کشف شد.

در فرآیند مطالعه جریان واکنش های شیمیایی، لومونوسوف مواد شیمیایی شروع و محصولاتی را که پس از واکنش ظاهر می شوند وزن کرد. او در همان زمان قانون بقای جرم ماده را کشف و تدوین کرد. در قرن هفدهم، مفهوم جرم اغلب با اصطلاح "وزن" اشتباه گرفته می شد. بنابراین، توده‌های مواد را اغلب «فلس» می‌نامیدند. لومونوسوف تشخیص داد که ساختار یک ماده مستقیماً به ذراتی که از آن ساخته شده است بستگی دارد. اگر حاوی ذرات از همان نوع باشد، دانشمند چنین ماده ای را ساده می نامد. هنگامی که ترکیب هسته ها ناهمگن باشد، یک ماده پیچیده به دست می آید. این داده های نظری به لومونوسوف اجازه داد تا قانون بقای جرم را فرموله کند.

تعریف قانون

پس از آزمایش های متعدد، M.V. Lomonosov قانونی را وضع کرد که ماهیت آن به شرح زیر بود: وزن مواد وارد شده به واکنش برابر با وزن مواد حاصل از واکنش است.

در علم روسیه، این اصل "قانون بقای جرم مواد لومونوسوف" نامیده می شود.

این قانون در سال 1748 تدوین شد و دقیق ترین آزمایش ها در مورد واکنش آتش زدن فلزات در ظروف مهر و موم شده در سال 1756 انجام شد.

آزمایشات لاووازیه

علم اروپایی قانون بقای جرم را پس از انتشار شرحی از آثار شیمیدان بزرگ فرانسوی Antoine Lavoisier کشف کرد.

این دانشمند به طور جسورانه مفاهیم نظری و روشهای فیزیکی آن زمان را در آزمایشات خود به کار برد که به او اجازه داد تا یک نامگذاری شیمیایی ایجاد کند و یک ثبت از تمام مواد شیمیایی شناخته شده در آن زمان ایجاد کند.

لاووازیه با آزمایشات خود ثابت کرد که در فرآیند هر واکنش شیمیایی قانون بقای جرم مواد وارد شده به یک ترکیب رعایت می شود. علاوه بر این، او بسط قانون بقا را به جرم هر یک از عناصری که به عنوان بخشی از مواد پیچیده در واکنش شرکت داشتند، گسترش داد.

بنابراین، این سوال که چه کسی قانون بقای جرم مواد را کشف کرده است را می توان به دو صورت پاسخ داد. M.V. Lomonosov اولین کسی بود که آزمایش هایی را انجام داد که به وضوح قانون حفاظت را نشان داد و آن را بر اساس نظری قرار داد. A. Lavoisier در سال 1789، مستقل از دانشمند روسی، به طور مستقل قانون بقای جرم را کشف کرد و اصل آن را به تمام عناصر شرکت کننده در یک واکنش شیمیایی گسترش داد.

جرم و انرژی

در سال 1905، A. Einstein بزرگ ارتباط بین جرم یک ماده و انرژی آن را نشان داد. با فرمول بیان شد:

معادله انیشتین قانون بقای جرم و انرژی را تایید می کند. این نظریه بیان می کند که همه انرژی ها دارای جرم هستند و تغییر در این انرژی باعث تغییر در جرم بدن می شود. انرژی پتانسیل هر جسمی بسیار زیاد است و تنها در شرایط خاص می توان آن را آزاد کرد.

قانون بقای جرم برای هر اجرام کوچک و ماکرو کیهان معتبر است. هر واکنش شیمیایی در تبدیل انرژی درونی یک ماده شرکت می کند. بنابراین، هنگام محاسبه جرم مواد شرکت کننده در واکنش های شیمیایی، باید افزایش یا کاهش جرم ناشی از آزاد شدن یا جذب انرژی در یک واکنش معین را در نظر گرفت. در واقع، در جهان کلان این تأثیر آنقدر ناچیز است که می توان چنین تغییراتی را نادیده گرفت.

انتخاب سردبیر

استعاره و انواع موضوعی آن

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوان،...

بنای یادبود، تحلیل شعر درژاوین تحلیل کامل بنای درژاوین

کار G. R. Derzhavin درخشان ترین احساسات را بیدار می کند، ما را وادار می کند استعداد و سادگی ارائه ایده های او را تحسین کنیم ...

دایره المعارف مدرسه قانون بقای انرژی کشف شد

نقش مهمی در کشف قانون بقا و تبدیل انرژی توسط آثار E.Kh. لنز و به ویژه کشف قانون جهت...

فرمول هایی برای اضافه کردن مثال های سینوس و کسینوس

ما به گفتگوی خود در مورد فرمول های پرکاربرد در مثلثات ادامه می دهیم. مهمترین آنها فرمولهای جمع هستند تعریف 1 فرمولهای ...

عبارات لگاریتمی

اکنون تبدیل عبارات حاوی لگاریتم را از دیدگاه کلی بررسی خواهیم کرد. در اینجا ما نه تنها به تحول ...

چگونه از صفر در یک سال برای آزمون دولتی واحد زیست شناسی و شیمی آماده شویم؟

اولاً، به نظر من مهمترین چیز در آمادگی برای امتحانات منظم بودن است. در ابتدا باید تمام موضوعاتی را که ...

مالیات دهندگان مالیات زمین: چه کسی به عنوان یکی شناخته می شود، چه کسی مالیات نمی پردازد، چه مزایایی دارد مالیات دهندگان مالیات زمین به عنوان افراد شناخته می شوند.

مالیات زمین: فدرال، محلی یا منطقه ای؟ برای درک تفاوت بین محلی، منطقه ای و ...

آیا پول ملک است یا خیر؟

توافق برای مشارکت در دارایی یک شرکت یک مفهوم متعارف است که در گفتار روزمره مجموعه ای از اسناد را نشان می دهد ...

سرمایه مجاز (صندوق مجاز، سرمایه سهام) سرمایه سهام شرکت

وجود هر شرکت تجاری در ابتدا از طریق مشارکت بنیانگذاران آن انجام می شود. در JSC و LLC این سپرده ها ...

جدید

محبوب