संरक्षण का नियम और ऊर्जा का परिवर्तन भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण अभिधारणाओं में से एक है। इसकी उपस्थिति के इतिहास के साथ-साथ आवेदन के मुख्य क्षेत्रों पर विचार करें।
इतिहास के पन्ने
सबसे पहले, आइए जानें कि ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज किसने की। 1841 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जूल और रूसी वैज्ञानिक लेनज़ ने समानांतर में प्रयोग किए, जिसके परिणामस्वरूप वैज्ञानिक यांत्रिक कार्य और गर्मी के बीच संबंध का पता लगाने में कामयाब रहे।
हमारे ग्रह के विभिन्न हिस्सों में भौतिकविदों द्वारा किए गए कई अध्ययनों ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज को पूर्व निर्धारित किया है। उन्नीसवीं सदी के मध्य में जर्मन वैज्ञानिक मेयर ने अपना सूत्रीकरण दिया। वैज्ञानिक ने उस समय मौजूद बिजली, यांत्रिक गति, चुंबकत्व, मानव शरीर क्रिया विज्ञान के बारे में सभी जानकारी को संक्षेप में प्रस्तुत करने का प्रयास किया।
लगभग इसी अवधि के दौरान, डेनमार्क, इंग्लैंड, जर्मनी में वैज्ञानिकों द्वारा इसी तरह के विचार व्यक्त किए गए थे।
प्रयोग के साथगर्मजोशी
गर्मी के बारे में विचारों की विविधता के बावजूद, इसकी पूरी तस्वीर केवल रूसी वैज्ञानिक मिखाइल वासिलीविच लोमोनोसोव को दी गई थी। समकालीनों ने उनके विचारों का समर्थन नहीं किया, उनका मानना था कि गर्मी का संबंध पदार्थ बनाने वाले सबसे छोटे कणों की गति से नहीं है।
लोमोनोसोव द्वारा प्रस्तावित यांत्रिक ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का समर्थन तभी किया गया जब रमफोर्ड प्रयोगों के दौरान पदार्थ के अंदर कणों की गति की उपस्थिति को साबित करने में कामयाब रहा।
गर्मी प्राप्त करने के लिए भौतिक विज्ञानी डेवी ने बर्फ के दो टुकड़ों को आपस में रगड़ कर बर्फ को पिघलाने का प्रयास किया। उन्होंने एक परिकल्पना प्रस्तुत की जिसके अनुसार ऊष्मा को पदार्थ के कणों की दोलन गति के रूप में माना जाता था।
ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के मेयर के नियम ने उन बलों की अपरिवर्तनीयता को मान लिया जो गर्मी की उपस्थिति का कारण बनते हैं। इस विचार की अन्य वैज्ञानिकों ने आलोचना की, जिन्होंने याद दिलाया कि बल गति और द्रव्यमान से संबंधित है, इसलिए इसका मूल्य अपरिवर्तित नहीं रह सकता।
उन्नीसवीं सदी के अंत में, मेयर ने एक पैम्फलेट में अपने विचारों को संक्षेप में प्रस्तुत किया और गर्मी की वास्तविक समस्या को हल करने का प्रयास किया। उस समय ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का उपयोग कैसे किया जाता था? यांत्रिकी में, ऊर्जा प्राप्त करने, बदलने के तरीके पर कोई सहमति नहीं थी, इसलिए यह प्रश्न उन्नीसवीं शताब्दी के अंत तक खुला रहा।
कानून की विशेषता
संरक्षण का नियम और ऊर्जा का परिवर्तन मूलभूत नियमों में से एक है, जो अनुमति देता हैभौतिक मात्राओं को मापने के लिए कुछ शर्तें। इसे ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम कहा जाता है, जिसका मुख्य उद्देश्य एक पृथक प्रणाली में इस मूल्य का संरक्षण है।
ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम विभिन्न कारकों पर गर्मी की मात्रा की निर्भरता को स्थापित करता है। मेयर, हेल्महोल्ट्ज़, जूल द्वारा किए गए प्रायोगिक अध्ययनों के दौरान, विभिन्न प्रकार की ऊर्जा को प्रतिष्ठित किया गया: संभावित, गतिज। इन प्रजातियों के संयोजन को यांत्रिक, रासायनिक, विद्युत, थर्मल कहा जाता था।
ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम में निम्नलिखित सूत्र थे: "गतिज ऊर्जा में परिवर्तन संभावित ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर है।"
मेयर इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि इस मात्रा की सभी किस्में एक दूसरे में परिवर्तित होने में सक्षम हैं यदि कुल गर्मी की मात्रा अपरिवर्तित रहती है।
गणितीय अभिव्यक्ति
उदाहरण के लिए, कानून की मात्रात्मक अभिव्यक्ति के रूप में, रासायनिक उद्योग ऊर्जा संतुलन है।
ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम इस क्षेत्र को छोड़ने वाली मात्रा के साथ विभिन्न पदार्थों के संपर्क के क्षेत्र में प्रवेश करने वाली तापीय ऊर्जा की मात्रा के बीच संबंध स्थापित करता है।
एक प्रकार की ऊर्जा से दूसरे प्रकार की ऊर्जा में संक्रमण का मतलब यह नहीं है कि यह गायब हो जाती है। नहीं, केवल उसका दूसरे रूप में परिवर्तन देखा जाता है।
साथ ही एक रिश्ता होता है: काम-ऊर्जा। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम इस मात्रा की स्थिरता को मानता है (इसका कुलमात्रा) एक पृथक प्रणाली में होने वाली किसी भी प्रक्रिया के लिए। यह इंगित करता है कि एक प्रजाति से दूसरी प्रजाति में संक्रमण की प्रक्रिया में, मात्रात्मक तुल्यता देखी जाती है। विभिन्न प्रकार की गति का मात्रात्मक विवरण देने के लिए भौतिकी में परमाणु, रासायनिक, विद्युत चुम्बकीय, तापीय ऊर्जा का परिचय दिया गया।
आधुनिक शब्द
ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम को आज कैसे पढ़ा जाता है? शास्त्रीय भौतिकी थर्मोडायनामिक बंद प्रणाली के लिए राज्य के सामान्यीकृत समीकरण के रूप में इस अभिधारणा के गणितीय संकेतन की पेशकश करती है:
डब्ल्यू=डब्ल्यूके + डब्ल्यूपी + यू
यह समीकरण दर्शाता है कि एक बंद प्रणाली की कुल यांत्रिक ऊर्जा को गतिज, संभावित, आंतरिक ऊर्जा के योग के रूप में परिभाषित किया गया है।
ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम, जिसका सूत्र ऊपर प्रस्तुत किया गया था, एक बंद प्रणाली में इस भौतिक मात्रा के परिवर्तन की व्याख्या करता है।
गणितीय संकेतन का मुख्य नुकसान केवल एक बंद थर्मोडायनामिक प्रणाली के लिए इसकी प्रासंगिकता है।
ओपन सिस्टम
अगर हम वेतन वृद्धि के सिद्धांत को ध्यान में रखते हैं, तो ऊर्जा के संरक्षण के नियम को गैर-बंद भौतिक प्रणालियों तक विस्तारित करना काफी संभव है। यह सिद्धांत प्रणाली की स्थिति के विवरण से संबंधित गणितीय समीकरणों को निरपेक्ष रूप से नहीं, बल्कि उनके संख्यात्मक वेतन वृद्धि में लिखने की सिफारिश करता है।
ऊर्जा के सभी रूपों को पूरी तरह से ध्यान में रखते हुए, एक आदर्श प्रणाली के शास्त्रीय समीकरण में जोड़ने का प्रस्ताव किया गया थाक्षेत्र के विभिन्न रूपों के प्रभाव में विश्लेषण प्रणाली की स्थिति में परिवर्तन के कारण होने वाली ऊर्जा वृद्धि का योग।
सामान्यीकृत संस्करण में, राज्य का समीकरण इस प्रकार है:
dW=i Ui dqi + Σj Uj dqj
आधुनिक भौतिकी में इस समीकरण को सबसे पूर्ण माना जाता है। यह वह था जो ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का आधार बना।
अर्थ
विज्ञान में इस नियम का कोई अपवाद नहीं है, यह सभी प्राकृतिक घटनाओं को नियंत्रित करता है। यह इस अभिधारणा के आधार पर है कि विभिन्न इंजनों के बारे में परिकल्पना को सामने रखा जा सकता है, जिसमें एक सतत तंत्र के विकास की वास्तविकता का खंडन भी शामिल है। इसका उपयोग उन सभी मामलों में किया जा सकता है जहां एक प्रकार की ऊर्जा के दूसरे प्रकार के संक्रमण की व्याख्या करना आवश्यक है।
यांत्रिक अनुप्रयोग
वर्तमान समय में ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम को कैसे पढ़ा जाता है? इसका सार इस मात्रा के एक प्रकार के दूसरे में संक्रमण में निहित है, लेकिन साथ ही इसका समग्र मूल्य अपरिवर्तित रहता है। वे प्रणालियाँ जिनमें यांत्रिक प्रक्रियाएँ की जाती हैं, रूढ़िवादी कहलाती हैं। ऐसी प्रणालियों को आदर्श बनाया जाता है, अर्थात्, वे घर्षण बलों, अन्य प्रकार के प्रतिरोधों को ध्यान में नहीं रखते हैं जो यांत्रिक ऊर्जा के अपव्यय का कारण बनते हैं।
एक रूढ़िवादी प्रणाली में, केवल संभावित ऊर्जा का गतिज ऊर्जा में पारस्परिक संक्रमण होता है।
ऐसी व्यवस्था में किसी पिंड पर कार्य करने वाले बलों का कार्य पथ के आकार से संबंधित नहीं होता है। इसका मूल्यशरीर की अंतिम और प्रारंभिक स्थिति पर निर्भर करता है। भौतिकी में इस प्रकार के बलों के उदाहरण के रूप में गुरुत्वाकर्षण बल पर विचार करें। एक रूढ़िवादी प्रणाली में, एक बंद खंड में एक बल के कार्य का मूल्य शून्य है, और ऊर्जा के संरक्षण का नियम निम्नलिखित रूप में मान्य होगा: एक रूढ़िवादी बंद प्रणाली में, संभावित और गतिज ऊर्जा का योग सिस्टम बनाने वाले निकायों की संख्या अपरिवर्तित रहती है।”
उदाहरण के लिए, किसी पिंड के मुक्त रूप से गिरने की स्थिति में, स्थितिज ऊर्जा गतिज रूप में बदल जाती है, जबकि इन प्रकारों का कुल मान नहीं बदलता है।
निष्कर्ष में
यांत्रिक कार्य को पदार्थ के अन्य रूपों में यांत्रिक गति के पारस्परिक संक्रमण का एकमात्र तरीका माना जा सकता है।
इस कानून ने प्रौद्योगिकी में आवेदन पाया है। कार के इंजन को बंद करने के बाद, गतिज ऊर्जा का क्रमिक नुकसान होता है, इसके बाद वाहन रुक जाता है। अध्ययनों से पता चला है कि इस मामले में, एक निश्चित मात्रा में गर्मी निकलती है, इसलिए, रगड़ने वाले शरीर गर्म हो जाते हैं, जिससे उनकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है। घर्षण या आंदोलन के किसी भी प्रतिरोध के मामले में, यांत्रिक ऊर्जा का आंतरिक मूल्य में संक्रमण देखा जाता है, जो कानून की शुद्धता को इंगित करता है।
इसका आधुनिक सूत्रीकरण ऐसा दिखता है: “एक पृथक तंत्र की ऊर्जा कहीं गायब नहीं होती, कहीं से प्रकट नहीं होती। प्रणाली के भीतर मौजूद किसी भी घटना में, एक प्रकार की ऊर्जा का दूसरे में संक्रमण होता है, एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरण, बिनामात्रात्मक परिवर्तन।”
इस कानून की खोज के बाद, भौतिक विज्ञानी एक स्थायी गति मशीन बनाने का विचार नहीं छोड़ते हैं, जिसमें एक बंद चक्र में, सिस्टम द्वारा स्थानांतरित गर्मी की मात्रा में कोई बदलाव नहीं होगा। बाहर से प्राप्त गर्मी की तुलना में आसपास की दुनिया। ऐसी मशीन गर्मी का एक अटूट स्रोत बन सकती है, मानव जाति की ऊर्जा समस्या को हल करने का एक तरीका।
