Algunas preguntas sobre temas energéticos
¿Por favor, haga una pregunta específica? Ahora responde brevemente a la energía nuclear
Generación de energía nuclear:
Energía nuclear → energía interna del agua y vapor de agua → energía mecánica del rotor del generador → energía eléctrica.
Generación de energía nuclear
Método de generación de electricidad utilizando la energía térmica liberada por la fisión nuclear en un reactor nuclear. Es muy similar a la generación de energía térmica. Simplemente use reactores nucleares y generadores de vapor para reemplazar las calderas de energía térmica, y use energía de fisión nuclear para reemplazar la energía química de los combustibles fósiles. A excepción de los reactores de agua en ebullición (ver reactores de agua ligera), otros tipos de reactores de potencia utilizan el refrigerante del circuito primario para calentar el núcleo del reactor, transferir el calor al agua en los circuitos secundario o terciario del generador de vapor y luego formar vapor para empujar el generador de vapor. En un reactor de agua en ebullición, el refrigerante del circuito primario se calienta a través del núcleo del reactor y se convierte en vapor saturado con una presión de aproximadamente 70 atmósferas. Después de separar y secar el vapor y el agua, se acciona directamente el generador de turbina de vapor.
Una breve historia La historia de la generación de energía nuclear está estrechamente relacionada con la historia del desarrollo de los reactores de potencia. El desarrollo de reactores de potencia estuvo motivado originalmente por necesidades militares. En 1954, la Unión Soviética construyó la primera central nuclear del mundo con una capacidad instalada de 5 megavatios (electricidad). El Reino Unido, Estados Unidos y otros países también han construido sucesivamente varios tipos de centrales nucleares. En 1960, cinco países habían construido 20 centrales nucleares con una capacidad instalada de 1.279 MW (electricidad). Debido al desarrollo de la tecnología de enriquecimiento nuclear, en 1966, el costo de la generación de energía nuclear era menor que el costo de la generación de energía térmica. La generación de energía nuclear realmente ha entrado en la etapa práctica. En 1978, había más de 200 reactores de centrales nucleares con más de 30 MW (electricidad) en funcionamiento en 22 países y regiones de todo el mundo, con una capacidad instalada total de 107.776 MW (electricidad). En la década de 1980, a medida que la escasez de energía fósil se hizo cada vez más evidente, la generación de energía nuclear avanzó aún más rápido. En 1991, casi 30 países y regiones de todo el mundo habían construido 423 unidades de energía nuclear con una capacidad total de 327,5 millones de kilovatios, y su generación de energía representaba alrededor del 16% de la generación total de energía mundial. La primera central nuclear del mundo: la central nuclear de Obninsk en la Unión Soviética.
La energía nuclear en China continental comenzó tarde y la construcción de centrales nucleares no comenzó hasta los años 1980. La central nuclear de Qinshan, de 300.000 kilovatios (electricidad), diseñada y construida por China, se puso en funcionamiento a finales de 1991. La central nuclear de Daya Bay está intensificando su construcción.
Principio de la Generación de Energía Nuclear La energía de la generación de energía nuclear proviene de la energía de fisión liberada por la reacción de fisión del material fisionable (combustible nuclear) en el reactor nuclear. La reacción de fisión se refiere al proceso en el que elementos pesados como el uranio-235, el plutonio-239 y el uranio-233 se dividen en dos fragmentos bajo la acción de neutrones, liberando neutrones y una gran cantidad de energía al mismo tiempo. Durante la reacción, el núcleo de una sustancia fisible absorbe un neutrón y luego la fisión libera dos o tres neutrones. Si estos neutrones se eliminan y consumen, al menos un neutrón puede provocar la fisión de otro núcleo atómico, haciendo que la fisión se desarrolle de forma autosostenida. Esta reacción se denomina reacción de fisión en cadena. Realizar una reacción en cadena es el requisito previo para la generación de energía nuclear.
Para utilizar un reactor para generar energía nuclear, es necesario resolver los siguientes cuatro problemas: ① Proporcionar las condiciones necesarias para que se produzca la reacción en cadena de fisión nuclear. ②La reacción en cadena debe ser controlada por humanos a través de ciertos dispositivos. La energía de fisión no controlada no sólo no puede utilizarse para generar electricidad, sino que también puede provocar desastres. ③La energía generada por la reacción de fisión debe eliminarse de forma segura del reactor. ④ Los neutrones y los materiales radiactivos producidos en las reacciones de fisión son muy dañinos para el cuerpo humano y se deben hacer esfuerzos para evitar que dañen a los trabajadores de las centrales nucleares y a los residentes cercanos.
Uso de energía nuclear para alimentar microdispositivos
Investigadores de todo el mundo están desarrollando microdispositivos más pequeños que el ancho de un cabello humano para su uso en todo, desde sensores bioquímicos hasta implantes médicos. Pero hay un inconveniente: nadie ha encontrado todavía una fuente de energía que coincida con un dispositivo micromecánico tan pequeño.
Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de Wisconsin cree haber encontrado el enfoque correcto. Han comenzado un proyecto para utilizar la energía nuclear para proporcionar energía, pero los generadores serán completamente diferentes de las centrales nucleares abovedadas que suministran electricidad a hogares y fábricas.
Estos microdispositivos no dependen de turbinas giratorias para generar electricidad, sino que utilizan trazas de sustancias radiactivas para generar electricidad a través de su desintegración. Esto ya se ha hecho antes, pero a una escala mucho mayor. Este enfoque se ha utilizado para alimentar todo, desde marcapasos hasta naves espaciales que exploran los espacios oscuros del sistema solar exterior. "Esto nunca se había hecho antes a la escala de la que estamos hablando", afirmó James Blanchard, profesor de ingeniería nuclear de la Universidad de Wisconsin.
El equipo de investigación dirigido por Blanchard está intentando desarrollar esta tecnología, y esta investigación ha recibido una subvención de 450.000 dólares del Departamento de Energía de EE. UU.
Aunque la mera mención de la energía nuclear hace que algunas personas frialdad en la espalda, pero los investigadores dicen que su generador utiliza muy poco material radiactivo y la seguridad no debería ser un problema. Blanchard dijo que el elemento más adecuado para esta tecnología fue descubierto por los Curie en 1898.
< Los materiales radiactivos se utilizan ampliamente en muchos dispositivos, incluidos los detectores de humo. En algunas fotocopiadoras también se utilizan tiras de materiales radiactivos para eliminar la electricidad estática entre los papeles, pero si la energía nuclear se convierte en el futuro de la energía de las "máquinas". La tecnología debe reducirse al nivel microscópico, hay dos formas de utilizar materiales radiactivos para generar electricidad. El equipo favoreció un enfoque más directo: "Cuando un isótopo radiactivo se desintegra, libera partículas cargadas, por lo que se pueden capturar esas partículas cargadas directamente. y utilizarlos", dijo Blanchard. Generar energía eléctrica. El voltaje generado por estas partículas es muy alto en relación con el tamaño de los dispositivos, dijo Blanchard, y dijo que su grupo de investigación no está considerando directamente los usos para estos pequeños dispositivos. Piensa que una vez que uno esté disponible, con una fuente de energía adecuada, otros. tendrá muchos usos. De hecho, decenas de laboratorios en todo el mundo ya están desarrollando dispositivos microelectromecánicos llamados MEMS, que es uno de los temas clave en el campo de la alta tecnología actual.(1) Energía diferente. Las formas en la naturaleza corresponden a diferentes formas de movimiento: el movimiento de los objetos tiene energía mecánica, el movimiento de las moléculas tiene energía interna, el movimiento de las cargas tiene energía eléctrica, el movimiento dentro del núcleo tiene energía atómica, etc.
(2) Se pueden convertir diferentes formas de energía entre sí: "La generación de calor por fricción es la conversión de energía mecánica en energía interna al superar la fricción y realizar trabajo; cuando el agua en la tetera hierve, el vapor de agua realiza trabajo sobre la tapa de la tetera se levanta, lo que indica que la energía interna se convierte en energía mecánica; la energía eléctrica se puede convertir en energía interna haciendo trabajo a través del cable calefactor eléctrico, etc. "Estos ejemplos ilustran que se pueden usar diferentes formas de energía. se convierten entre sí, y esto se logra realizando un proceso de transformación.
(3) Cuando una determinada forma de energía disminuye, debe haber un aumento en otras formas de energía y la cantidad de. la disminución y el aumento deben ser iguales. Cuando la energía de un determinado objeto disminuye, la energía de otros objetos debe aumentar, y la disminución y el aumento deben ser iguales.
Expresión específica de conservación de energía
Sistema mecánico conservador: Cuando solo funcionan fuerzas conservadoras, la energía del sistema se expresa como energía mecánica (energía cinética y energía potencial), la conservación de energía se expresa específicamente como la ley de conservación de la energía mecánica.
Sistema termodinámico: La energía se expresa como energía interna, calor y trabajo, y la expresión forma de conservación de la energía es la primera ley de la termodinámica.
Mecánica relativista: En la teoría de la relatividad, la masa y la energía pueden. transformarse entre sí. Teniendo en cuenta el cambio de masa, la ley de conservación de la energía sigue siendo válida. Históricamente, la ley de conservación de la energía en este caso también se llama ley de conservación de la masa y la energía.
La energía total que fluye hacia el sistema debe ser igual a la energía total que fluye fuera del sistema más el cambio en la energía interna del sistema. La energía se puede convertir de una forma a otra. p>
El aumento de energía almacenada en el sistema es igual a la energía que entra al sistema menos la energía que sale del sistema
[Editar este párrafo] La importancia de la ley de conservación de la energía
Ley de conservación de la energía, es una de las leyes básicas de la naturaleza más comunes e importantes, desde la física, la química hasta la geología, la biología, hasta el universo, tan pequeño como el interior del núcleo atómico, tan largo como. Si hay conversión de energía, debe obedecer la ley de conservación de energía. Esta ley juega un papel importante en la investigación científica y la tecnología de ingeniería en la utilización por parte de los seres humanos de diversas energías, como el carbón, el petróleo y otros combustibles, así como la energía del agua. la energía eólica, la energía nuclear, etc., se logran mediante la conservación de la energía. Las leyes son armas poderosas para que las personas comprendan y utilicen la naturaleza.
El joven médico y el cervecero descubrieron nuevos principios científicos.
[Editar este párrafo] - El descubrimiento de la ley de conservación y transformación de la energía<. /p>
Las leyes de conservación y conversión de energía, la teoría celular y la teoría de la evolución se conocen colectivamente como las tres. Principales descubrimientos de las ciencias naturales del siglo XIX. El descubrimiento de las leyes de conservación y transformación de la energía estuvo relacionado con un médico "loco".
El médico llamado "loco" se llamaba Meyer (1814~1878), natural de Hamburgo, Alemania. Comenzó a ejercer la medicina de forma independiente en Hamburgo en 1840. Siempre pregunta por qué sucede todo y debe observar, estudiar y experimentar él mismo. El 22 de febrero de 1840 siguió una flota a Indonesia como médico de barco. Un día, la flota aterrizó en Calcuta y todos los miembros de la tripulación enfermaron debido a la aclimatación, por lo que Meyer utilizó el antiguo método para tratar a los miembros de la tripulación desangrándolos. En Alemania, cuando se trata esta enfermedad, basta con pinchar una aguja en las venas del paciente y se libera un chorro de sangre negra y roja. Sin embargo, aquí la sangre que sale de las venas sigue siendo de color rojo brillante. Entonces Meier comenzó a pensar: la sangre humana es roja porque contiene oxígeno. El oxígeno se quema en el cuerpo humano para generar calor y mantener la temperatura del cuerpo humano. El clima aquí es caluroso y la gente no necesita quemar tanto oxígeno para mantener la temperatura corporal, por lo que la sangre en las venas todavía es de color rojo brillante. Entonces, ¿de dónde viene el calor del cuerpo humano? Un corazón que pesa como máximo 500 gramos no puede generar tanto calor debido a su movimiento y no puede mantener por sí solo la temperatura corporal de una persona. La temperatura corporal se mantiene mediante la carne y la sangre de todo el cuerpo, y esto proviene de los alimentos que comen las personas, ya sea que coman carne o vegetales, deben provenir de las plantas que crecen gracias a la luz y el calor del sol. ¿Qué pasa con la luz y el calor del sol? Si el sol fuera un trozo de carbón, ardería durante 4.600 años. Esto es, por supuesto, imposible. Debe deberse a otras razones, energía que desconocemos. Propuso audazmente que el centro del sol está a unos 27,5 millones de grados (ahora sabemos que está a 15 millones de grados). Cuanto más pensaba Meier en ello, más finalmente llegaba a un punto: ¿Cómo se transforma (transfiere) la energía?
Tan pronto como regresó a Hamburgo, escribió un artículo "Sobre las fuerzas en el mundo inorgánico" y utilizó su propio método para medir el equivalente térmico de 365 kgm/kcal. Envió su artículo a los "Annals of Physics", pero no fue publicado y tuvo que publicarse en una revista médica desconocida. Hablaba por todas partes: "Mira, el sol irradia luz y calor, y las plantas de la tierra los absorben y producen sustancias químicas..." Pero ni siquiera los físicos podían creer sus palabras y lo llamaban irrespetuosamente "loco", y a la familia de Meier. También sospechó que estaba loco y pidió a un médico que lo atendiera. Como los demás no lo entendían, finalmente se suicidó saltando del edificio.
Otro inglés que estudió la conservación de la energía al mismo tiempo que Maier fue Joule (1818~1889). Estudió química, matemáticas y física con Dalton desde que era un niño, mientras hacía ciencia. investigación. En 1840, descubrió que cuando un alambre de metal energizado se sumergía en agua, el agua generaba calor. A través de pruebas precisas, descubrió que el calor generado por un conductor energizado era proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente y la resistencia de la corriente. el conductor fue proporcional al tiempo de energización. Esta es la ley de Joule. En octubre de 1841, su artículo se publicó en la "Revista Filosófica". Posteriormente descubrió que independientemente de la energía química, el calor generado por la energía eléctrica equivale a una determinada cantidad de trabajo, es decir, 460 kg m/kcal. En 1845, llevó sus instrumentos experimentales e informes a una conferencia académica en Cambridge. Completó el experimento en el acto y anunció: La fuerza (energía) de la naturaleza no se puede destruir. Dondequiera que se consuma fuerza (energía) mecánica, siempre se obtiene una cantidad considerable de calor. Pero todos los científicos famosos en la audiencia negaron con la cabeza ante esta nueva teoría. Incluso Faraday dijo: "Esto es poco probable". También estaba un profesor de matemáticas llamado William Thomson (1824 ~ 1907), que tenía 8 años. Fui a la universidad con mi padre para asistir a conferencias y fui admitido oficialmente en la universidad a la edad de 10 años. Es un genio. Pero hoy escuché a un cervecero hablar sobre algunas teorías extrañas aquí y salí del lugar con mucha rudeza.
Joule no se tomó en serio la incomprensión de la gente. Se fue a casa y continuó haciendo el experimento durante 40 años. Determinando con precisión el calor equivalente a 423,9 kg m/kcal. En 1847, llevó su experimento recién diseñado a la reunión de la Asociación Británica de Ciencias. Después de sus duras súplicas, el presidente de la reunión le dio muy poco tiempo y le pidió que sólo hiciera experimentos y no hiciera informes. Mientras demostraba su nuevo experimento en público, Joule explicó: "Verá, la energía mecánica se puede convertir cuantitativamente en calor y, a la inversa, una kcal de calor también se puede convertir en 423,9 kilogramos de trabajo..." De repente, alguien del público Gritó. El hombre que gritó: "Tonterías, el calor es una sustancia, un elemento calorífico, no tiene nada que ver con el gong". Esta persona no era otra que Thomson. Joule respondió con calma: "El calor no puede funcionar, entonces, ¿por qué se mueve el pistón de una máquina de vapor? Si no se conserva la energía, ¿por qué no se puede construir una máquina de movimiento perpetuo?" Las sencillas palabras de Joule silenciaron inmediatamente a toda la audiencia.
Los profesores de la audiencia no pudieron evitar pensar seriamente. Algunos miraron a derecha e izquierda el instrumento de Joule y otros comenzaron a discutir.
Después de que Thomson chocó contra una pared, él también comenzó a pensar y comenzó a hacer experimentos y buscar información. Inesperadamente, descubrió el artículo que Meyer publicó hace unos años, y sus ideas eran completamente consistentes. ¡Julio! Llevó sus resultados experimentales y el artículo de Meyer a Joule. Estaba decidido a declararse culpable y le pidió a Joule que discutiera este descubrimiento con él.
Thomson conoció a Joule en la cervecería. Al observar los diversos instrumentos caseros en el laboratorio de Joule, quedó profundamente conmovido por la perseverancia de Joule. Thomson sacó el artículo de Meyer y dijo: "Sr. Joule, parece que tiene razón. Vine hoy aquí para admitir mi error. Verá, sólo después de leer este artículo sentí que tenía razón". Al leer el periódico, toda la alegría en su rostro desapareció repentinamente: "Profesor Thomson, es una lástima que ya no pueda discutir temas con él. Un genio así se ha suicidado saltando de un edificio porque los demás no lo entendían. Aunque él No murió, ya estaba mentalmente confundido."
Thomson bajó la cabeza y se quedó sin palabras durante mucho tiempo. Después de un rato, levantó la cabeza y dijo: "Lo siento mucho. Sólo entonces me di cuenta de mi pecado. En el pasado, la gente te presionaba mucho. Por favor, perdóname, un científico a veces se porta muy mal en la cara de nuevas ideas. Ignorante." Todo se volvió más brillante, y los dos se sentaron uno al lado del otro y comenzaron a estudiar el experimento.
En 1853, los dos finalmente completaron conjuntamente la formulación precisa de las leyes de conservación y transformación de la energía.
Hay tres expresiones de la ley de conversión y conservación de la energía: el movimiento perpetuo no se puede crear, la ley de conversión y conservación de la energía y la primera ley de la termodinámica. Estas tres expresiones se describen en la literatura de la siguiente manera: "La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación de la energía". "Según la ley de conservación de la energía,... la llamada máquina de movimiento perpetuo no debe crearse". . Por el contrario, no se puede crear la llamada máquina de movimiento perpetuo. Se puede deducir la ley de conservación de la energía. "No es difícil ver que las tres expresiones son completamente equivalentes. Sin embargo, el autor cree que esta equivalencia es el valor moderno que les da la gente moderna. Si lo examinamos desde la perspectiva del desarrollo histórico, encontraremos que las tres expresiones tienen continuidad pero también diferencias. Esta diferencia refleja las diferentes etapas de la comprensión humana de las leyes.
Expresión empírica de la Ley 1 - Es imposible crear una máquina de movimiento perpetuo (1475 ~ 1824)
Hace mucho tiempo, el ser humano comenzó a utilizar las fuerzas naturales para servirse a sí mismo. Hace unos diez años, los seres humanos empezaron a utilizar las fuerzas naturales para servirse a sí mismos. En el siglo III empezó a surgir el deseo de crear una máquina de movimiento perpetuo. En el siglo XV, el gran artista, científico e ingeniero Leonardo da Vinci (1452-1519) también invirtió en la investigación de las máquinas de movimiento perpetuo. Una vez diseñó una máquina de agua muy ingeniosa, pero no se movió para siempre después de su construcción. En 1475, Leonardo da Vinci resumió cuidadosamente las lecciones de la historia y sus propios fracasos, y llegó a una conclusión importante: "Es imposible crear una máquina de movimiento perpetuo. Durante su trabajo, también se dio cuenta de que la razón por la que las máquinas no pueden moverse". para siempre Debería estar relacionado con la fricción. Como resultado, llevó a cabo una investigación profunda y fructífera sobre la fricción. Sin embargo, Leonardo da Vinci nunca tuvo ni pudo dar una explicación científica de por qué la fricción obstaculiza el movimiento de las máquinas, es decir, no pudo darse cuenta de la conexión esencial entre la fricción (movimiento mecánico) y los fenómenos térmicos.
Desde entonces, aunque la gente todavía está comprometida con el desarrollo de máquinas de movimiento perpetuo, algunos investigadores han llegado sucesivamente a la conclusión de que "las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles de crear" y lo utilizan como un principio importante en ciencia en investigación. El mecánico matemático holandés Simon Stevin (1548-1620) utilizó este principio en 1586 para analizar la "cadena de Stevin" y derivó por primera vez la regla de fuerza del paralelogramo. Galileo también aplicó este principio al demostrar la ley de inercia.
Aunque la aplicación del principio ha logrado resultados tan notables, el entusiasmo de la gente por desarrollar máquinas de movimiento perpetuo no ha disminuido. Huygens (C·Huygens1629～1695)
Esta visión quedó reflejada en su libro "El reloj de péndulo" publicado en 1673. En el libro, aplicó los resultados de la investigación de Galileo sobre el movimiento en el plano inclinado al movimiento curvo y concluyó que cuando un objeto gira alrededor de un eje horizontal bajo la influencia de la gravedad, su centro de masa no se elevará por encima de la altura cuando cae. Por lo tanto, concluyó que era imposible crear una máquina de movimiento perpetuo utilizando métodos mecánicos, pero creía que era posible crear una máquina de movimiento perpetuo utilizando imanes;
En respuesta a esta situación, en 1775, la Academia de Ciencias de París tuvo que anunciar que ya no aceptaría invenciones sobre máquinas de movimiento perpetuo.
Históricamente, fue el joven científico francés Sadi Carnot (1796-1832) quien logró los logros más brillantes en la investigación científica utilizando el principio de que "las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles de fabricar". En 1824, combinó este principio con la teoría calórica para derivar el famoso "teorema de Carnot". El teorema señala la dirección para mejorar la eficiencia de los motores térmicos y sienta las bases para la formulación de la segunda ley de la termodinámica. Pero lo que hay que destacar aquí es que, aunque Carnot aplicó el principio de que no se puede crear un movimiento perpetuo para calentar motores, su forma de pensar seguía siendo "mecánica". En su demostración, comparó el flujo de calor de una fuente de calor de alta temperatura a una fuente de calor de baja temperatura con el flujo de agua de mayor a menor. Creía que el calor impulsa a un motor térmico a realizar un trabajo del mismo modo que el agua impulsa a un motor térmico. Turbina hidráulica para hacer trabajo. El agua y el calor no pierden nada en el flujo.
Se puede observar que desde 1475 cuando Leonardo da Vinci propuso que "el movimiento perpetuo es imposible" hasta 1824 cuando Carnot introdujo el "teorema de Carnot", el principio sólo se puede aplicar al movimiento mecánico y a la "masa térmica". "Cuando se aplica en flujo, está lejos de ser una ley de transformación y conservación de energía en el sentido moderno. Sólo puede ser un resumen empírico de la conservación de energía en el movimiento mecánico y la forma original de la ley.
En 1891, Helmholtz (H. Helmloltz1821～1894) 400)
Al revisar el origen de su estudio de la ley de conservación de la fuerza, dijo: “Si una máquina de movimiento perpetuo Es imposible, si es así, ¿qué tipo de relaciones deberían existir entre diferentes fuerzas en condiciones naturales? Y, ¿existen realmente estas relaciones? "Se puede ver que "no se puede crear un movimiento perpetuo" es todavía muy superficial, y debemos entenderlo. La connotación profunda requiere que la gente trabaje duro.
La expresión inicial de la Segunda Ley - Conservación de la Fuerza (1824 ~ 1850)
La propuesta de "la ley de la relación de transferencia y conservación de la energía" debe basarse en 134 tres fundamentos : Comprensión correcta de la naturaleza del calor; descubrimiento de transformaciones entre diversas formas de movimiento material; ideas científicas correspondientes. En el siglo XIX se cumplían las tres condiciones.
En 1798, C. Rumford (1753-1814) presentó a la Royal Society un informe experimental sobre la teoría del movimiento térmico derivada del experimento del barril. En 1800, D. H. Davy (1778-1829) apoyó el informe de Renford realizando experimentos frotando cubitos de hielo al vacío para derretirlos. En 1801, Thomas Young (1773-1829) afirmó en "Sobre la teoría de la luz y el color" que la luz y el calor tienen las mismas propiedades, enfatizando que el calor es una especie de movimiento. A partir de entonces, la teoría del movimiento del calor comenzó a sustituir paulatinamente a la teoría de la masa calórica.
A comienzos del siglo XVIII y del XIX se descubrieron una tras otra transformaciones mutuas entre diversos fenómenos naturales: tras la conversión del calor en trabajo y el descubrimiento de los efectos químicos de la luz, la energía térmica El efecto de los rayos infrarrojos fue descubierto en 1800. Tan pronto como se inventó la batería, se descubrió el efecto térmico de la corriente eléctrica y el fenómeno de la electrólisis. En 1820 se descubrió el efecto magnético de la corriente eléctrica y en 1831 se descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética. El fenómeno termoeléctrico fue descubierto en 1821 y su fenómeno inverso fue descubierto en 1834. etc.
A principios de siglo, la idea de ver la naturaleza como "vitalidad" se convirtió en "filosofía natural" en Alemania. Esta filosofía considera el universo entero como producto del desarrollo histórico causado por el descubrimiento de alguna fuerza subyacente. Desde este punto de vista, todas las fuerzas naturales pueden considerarse como un solo tipo de cosas. En ese momento, este pensamiento filosófico dominaba en Alemania y algunos países de Europa occidental.
En estos momentos, resulta imperativo proponer el principio de conservación de la fuerza.
Históricamente, Carnot fue el primero en proponer la conversión de energía térmica. Él cree: "El calor no es más que una especie de fuerza impulsora, o simplemente un movimiento que cambia de forma. El calor es una especie de movimiento. Para una pequeña parte de un objeto, si la fuerza impulsora se destruye, al mismo tiempo , debe ocurrir la creación y destrucción de una pequeña parte del objeto. La cantidad de energía es estrictamente proporcional a la cantidad de calor. Por el contrario, donde se elimina calor se debe generar energía. La cantidad de energía es constante en la naturaleza. Para ser más precisos, la cantidad de energía es ambas cosas. No se puede producir ni destruir". También dio un valor aproximado para el equivalente del trabajo térmico.
Desgraciadamente, esta idea de Carnot no fue descubierta hasta 1878, 46 años después de su muerte.
Antes de esto, en 1842, el alemán J.R. Mayer (1814～1878) 400)
fue el primero en publicar un artículo relativamente completo sobre "Conservación de fuerzas" "Sobre las fuerzas en el mundo inorgánico" 》. En el artículo, partió de la "filosofía natural" y utilizó métodos especulativos para deducir veinticinco formas de transformación de fuerza a partir de la cadena causal de "causa es igual a resultado". En 1845, también utilizó la diferencia entre la capacidad calorífica específica a presión constante y la capacidad calorífica específica a volumen constante: Cp-Cv=R para calcular el valor equivalente del trabajo térmico como 1 cal igual a 365 g·m.
En 1843, el físico experimental británico Joule (J·P·Joule 1818～1889) 400)this.style.width=400;">
En "Journal of Philosophy" Publicó su informe experimental sobre la medición del equivalente del trabajo térmico. Después de eso, también realizó un trabajo más detallado y determinó un valor equivalente más preciso. En 1850, publicó el resultado: "Producir una libra de agua (pesando en el vacío). a una temperatura entre 55° y 60°) un aumento de calor de 1° Fahrenheit requiere el gasto de 772 libras de trabajo mecánico representado por una caída de un pie. "El trabajo de Joule sentó una sólida base experimental para el principio de "Conservación de la Fuerza".
El científico alemán Helmholtz publicó su libro "Sobre la Conservación de la Fuerza" en 1847. En el artículo, proponía que todos Los fenómenos naturales deben explicarse por el movimiento de las partículas que interactúan con las fuerzas centrales. Esto demostró la conclusión de que la suma de vitalidad y tensión se conserva en las fuerzas centrales. Además, también discutió la relación entre los fenómenos eléctricos, los fenómenos químicos y los mecánicos. fuerza, y señaló la posibilidad de aplicar el principio de "conservación de la fuerza" a los organismos vivos Dado que el método de discusión de Helmholtz es muy físico, su influencia es mayor que la de otros.
Aunque. Hasta ese momento, los descubridores de la ley todavía se referían a la energía como "fuerza"; y la expresión de la ley no era lo suficientemente precisa, pero en esencia habían descubierto la naturaleza de la energía mediante la comparación. De las dos expresiones, se puede ver que "la conservación de la fuerza" es mucho más profunda que "la máquina en movimiento perpetuo no puede ser causada". "La conservación de la fuerza" involucra todos los movimientos de la materia que han sido reconocidos en la forma; al mismo tiempo, es una teoría establecida con una estructura axiomática (Helmholtz) bajo la guía de ciertas ideas filosóficas (Mayer), sobre la base de experimentos (Joule), y si todavía utilizamos "máquinas de movimiento perpetuo". "causó" expresar la ley, le ha dado una nueva connotación, es decir, las máquinas actuales pueden ser mecánicas, térmicas, electromagnéticas, químicas o incluso biológicas, al mismo tiempo, una máquina de movimiento perpetuo no puede ser permanente; para el movimiento también ha sido revelado.
Además, también deberíamos ver que aunque el principio de "conservación de la fuerza" tiene la relación entre el equivalente de trabajo térmico de Joule y el equivalente de calor eléctrico, también existen varias ecuaciones. introducido por Helmholtz Hay varios tipos de expresiones relacionales, pero todas son independientes y no pueden expresarse mediante una expresión analítica unificada. Por lo tanto, la "conservación de la fuerza" aún no está lo suficientemente madura. expresión de 3 leyes: termodinámica. La Primera Ley (1850~1875)
Para expresar la ley analíticamente, sólo se pueden utilizar los conceptos de "calor", "trabajo", "energía" y "energía interna". definido con precisión.
p>Después de que se estableció la teoría termodinámica, a muchas personas todavía les resultaba difícil entender, especialmente la segunda ley. Por esta razón, Clausius trabajó mucho a partir de 1854, tratando de encontrarla. un método que era fácil de aceptar para la gente. Usó métodos de prueba para explicar estos dos principios (todavía llamados principios en ese momento) y los predicó en lenguaje popular muchas veces, no fue hasta alrededor de 1860 que se desarrolló el principio de la energía. fue generalmente reconocida.
4. Una declaración precisa de la Ley de Transformación y Conservación de la Energía (1875-1909)
Después de 1860, la ley de la energía “rápidamente se convirtió en la piedra angular de todas las ciencias naturales. Especialmente en física, cada nueva teoría debe comprobarse primero para ver si es coherente con el principio de conservación de la energía. "Sin embargo, hasta ese momento, los descubridores del principio sólo se centraron en resumir el nombre de la ley desde la perspectiva de la conservación de la cantidad, pero no enfatizaron la relación de rotación del movimiento. Entonces, ¿cuándo se resumió el principio como "el ¿Relación de rotación de la energía y "ley de conservación"? La respuesta a la pregunta se puede obtener del análisis de Engels en el "Anti-Dühring".
Engels dijo: "Si decimos que la recién descubierta y gran ley básica del movimiento sólo se resumió como la ley de conservación de la energía hace diez años, y se resumió simplemente como la expresión de que el movimiento no existe o morir, es decir " Las palabras de Engels fueron publicadas en 1885. Dijo que las expresiones negativas hace diez años fueron reemplazadas cada vez más por expresiones positivas. De esto, se puede juzgar que la expresión precisa y completa de "la ley de transformación y conservación de la energía" debería formarse en 1875 o después. un poco.
A estas alturas, parece que todos los problemas relacionados con la ley han sido solucionados. No precisamente.
Sabemos que hasta principios del siglo XX, el calor, concepto básico importante en termodinámica, todavía utilizaba la definición del siglo XVIII, y esta definición se basaba en la teoría de la masa calórica. En otras palabras, todavía hay una base débil en la construcción de la termodinámica. Por lo tanto, en 1909, C. Caratheodory redefinió la energía interna: "Cualquier objeto o sistema de objetos tiene una función de estado U en el estado de equilibrio, que se llama energía interna. Cuando el objeto cambia del primer estado al después de alcanzar el segundo estado a través de un proceso adiabático, el aumento de su energía interna es igual al trabajo W realizado por el mundo exterior durante el proceso”
U2-U1=W (8)
Interno. La energía definida de esta manera no tiene nada que ver con el calor, solo se relaciona con la energía mecánica y la energía electromagnética. Sobre esta base, el calor se puede definir a la inversa:
Q=U2-U1-W (9)
Hasta este momento, la primera ley de la termodinámica (la ley de conversión y conservación de la energía), la segunda ley y toda la teoría de la termodinámica lograron la ruptura más completa con la teoría de la masa calórica.
Al observar el texto completo, se puede observar que las tres expresiones de "la ley de transformación y conservación de la energía" reflejan el proceso de comprensión humana de esta ley natural. Cada una de estas tres expresiones es más profunda que la otra y una está más cerca de la verdad objetiva que la otra. Así es como los humanos comprenden el mundo material paso a paso.
Reimpreso del autor: Wang Xiaoyong
[Editar este párrafo] Prueba de la ley de conservación de la energía
Cualquier ley física necesita someterse a pruebas rigurosas y repetidas. En las pruebas, especialmente cuando las leyes descubiertas en campos característicos se trasplantan a otros campos relacionados, a menudo sucede que las leyes se destruyen. Por ejemplo, la ley de conservación de la paridad se rompió experimentalmente sucesivamente en interacción débil e interacción electromagnética. Esto es independiente de la voluntad humana. Incluso si es una ley ampliamente reconocida por la sociedad humana, todavía no puede considerarse correcta en áreas que no han sido probadas rigurosamente.
Joule propuso la ley de conservación de la energía basándose en el estudio de la energía mecánica y la energía térmica. En aquel momento, la comunidad científica no entendía la interacción electromagnética, por lo que la ley de conservación de la energía no había sido probada bajo. interacción electromagnética. Sabemos que, en general, la energía electromagnética es consistente con la ley de conservación de la energía, pero no se pueden descartar excepciones en casos especiales. Por ejemplo, una vez se demostró que la ley de conservación de la paridad era correcta en las interacciones electromagnéticas generales, pero se descubrió más tarde. ser cierto en Anapole es incorrecto en la estructura especial. Debido a la diversidad y complejidad de las estructuras electromagnéticas, la prueba de las leyes físicas plantea grandes dificultades, lo que hace que dichas pruebas sean largas e interminables.
Podemos decir que la ley de conservación de la energía es correcta dentro del campo del conocimiento actual, pero decir que siempre es correcta en cualquier campo y bajo cualquier circunstancia no es la actitud que deben tener los investigadores científicos.