Hvordan beregne Kvantitativ energiproblemer
I fysikk, må den totale energien i en hvilken som helst lukket system forbli konstant uavhengig av eventuelle prosesser eller interaksjoner som forekommer i løpet av dette systemet. Dette prinsipp er kjent som bevaring av energi, og det er en av de mest grunnleggende antagelser om den naturlige verden laget av fysikk. Som et resultat, kan mange tilsynelatende kompliserte problemer i fysikk reduseres til den forholdsvis enkel oppgave å balansere ligninger når ryggen med en bevaring av energi tilnærming.
Bruksanvisning
1 Forsikre deg om at problemet gjelder et lukket system. Hvis energien rømmer eller annen måte (lys som stråler energi bort eller lydbølger bærer energi bort), deretter en bevaring av energi tilnærming vil ikke være hensiktsmessig.
2 Beregn den totale energien i systemet på et gitt tidspunkt. Energi kommer i mange former, men følgende formler representerer en håndfull av vanlige typer energi som kan oppstå.
Kinetiske energien til et legeme: KE = (1/2) xmxv ^ 2, hvor KE er den kinetiske energien i kroppen, m er massen, og v er dens hastighet.
Kinetiske energi av en klassisk ideell gass ved konstant volum: U = c_v xNx R x T, hvor U er den kinetiske energien til den klassiske ideell gass, er c_v varmekapasitet, n er mengden av gass i mol, R er gasskonstanten og T er temperaturen.
Potensielle energien: U = mxgxh, hvor U er den potensielle energien i kroppen, m er massen, g er tyngdens akselerasjon og h er høyden over et visst referansepunkt.
Rest masse energi: E = MXC ^ 2, hvor E er resten massen energien i kroppen, m er massen, og c er lysets hastighet.
Energi fra et foton: E = hx nu, hvor h er Plancks konstant, og nu er frekvensen av fotonet
Den totale energien i systemet vil være summen av alle relevante energier som er tilstede i systemet.
3 Jobbe bakover fra din kunnskap om systemets totale energi til å bestemme de spesifikke energier på ønsket tidspunkt. For eksempel, hvis du vet den totale energien i en pendel system og potensielle energien av pendelen på et bestemt tidspunkt, kan du deretter beregne den kinetiske energien i pendelen på det tidspunktet, fordi du vet at kinetisk energi har for å gjøre opp for forskjellen mellom den totale energi og den potensielle energien.
4 Beregn spesifikke variabler som ønsket når du vet hva de forskjellige energier i systemet på ønsket tidspunkt må være. Fortsetter med pendelen eksempel, når man vet at den kinetiske energien av pendelen ved et gitt tidspunkt, kan man da regne pendelens hastighet ved det punkt av å omstille uttrykket for kinetisk energi til å løse med hensyn på hastighet.
Hint
- Enhver type energi som du vet vil være invariant med hensyn til tid i systemet vil kansellere ut og kan ignoreres. For eksempel vil et system oppleve noen endring i hvile masse energi med mindre helt spesielle forhold som involverer relativitets eller kjernefysikk er oppfylt. Som et resultat, kan du vanligvis ignorere hvile masse energi i beregningene.
- Verdiene av de forskjellige konstantene nevnt ovenfor variere basert på hvilke typer enheter du nærmer problemet i. Se opp konstante verdier som er spesifikke for ditt problem, og sørge for at alle enheter er enig før du fortsetter.
- Den varmekapasitet, c_v vil være 3/2 for monatomic gasser, 5/2 for diatomiske gasser, og tre for større molekylære gasser.