Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng Show
Sóng hấp dẫn là gì? làm sao để chứng minh sự tồn tại của sóng hấp dẫn Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật này sang vật khác đây được coi là định luật cơ bản của vật lý học. Năm 1841 Julius Robert Mayer (1814- 1878) nhà vật lý học người Đức, nghiên cứu y khoa tại Tbingen, Munich và Paris, sau một chuyến đi thực tế ông đã gửi một đề tài nghiên cứu “Về việc xác định các lực về mặt số lượng và chất lượng” gởi tới tạp chí “Biên niên vật lý học”. (tổng biên tập Poghendoc của tạp chí đã không đăng bài đó cũng không trả lại bản thảo cho tác giả. Ba mươi sáu năm sau, người ta lại tìm thấy bài báo này trên bàn giấy của Poghendoc, khi ông đã chết.) Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng Trong bài báo đó, với những lập luận chưa rõ ràng, không có thí nghiệm, không có tính toán định lượng, ông nói về những “lực không thể bị huỷ diệt”. Ở phần kết ông viết “Chuyển động, nhiệt và cả điện nữa, như chúng tôi dự định sẽ chứng minh sau này, là những hiện tượng mà có thể quy về cùng một lực, có thể đo được cái này bằng cái kia, và chuyển hoá cái nọ thành cái kia theo những quy luật nhất định”. Ở đây chưa phát biểu lên một định luật nào nhưng đã toát lên được một ý tưởng rõ nét về định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Poghendoc đánh giá đó là một bài báo mang tính triết học chung chung. Năm 1842 Mayer gửi công trình thứ hai mang tên “Nhận xét về các lực của thế giới vô sinh” đăng trên tạp chí “Biên niên hoá học và dược học”. Ông đưa ra lập luận chung: “lực” là nguyên nhân gây ra mọi hiện tượng, mỗi hiện tượng đều là một hiệu quả nào đó của những hiện tượng nào đó trước nó, và cũng là những hiện tượng nào đó sau nó. Trong chuỗi vô hạn các nguyên nhân và hiệu quả, không có số hạng nào có thể bị triệt tiêu, và do đó “lực” không thể bị huỷ diệt. Sau đó Mayer phân tích sự chuyển hoá “lực rơi”(thế năng) của một vật thành “hoạt lực”(động năng) của nó, sự chuyển hoá “hoạt lực” thành“lực rơi”, hoặc “hoạt lực” thành nhiệt. Ông kết luận “Lực là những đối tượng không trọng lượng, không bị huỷ diệt, và có khả năng chuyển hoá”. Như vậy, định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng lúc này đã được Mayer phát biểu một cách rõ ràng. Năm 1845, Mayer hoàn thành một công trình mới: “Chuyển động hữu cơ trong mối liên hệ với sự trao đổi chất” tạp chí “Biên niên hoá học và dược học” không nhận đăng bài này, vì đang cần đăng nhiều ông trình mới về hoá học. Mayer quyết định tự xuất bản công trình này thành một quyển sách nhỏ. Ông tìm cách vận dụng những tư tưởng cơ học vào sinh học. Ông nêu rằng “lực” là nguyên nhân của mọi chuyển động, “hiệu quả cơ học” (cơ năng) bao gồm “lực rơi” và “hoạt lực” và “nhiệt cũng là một lực” nó có thể biến thành hiệu quả cơ học. Trong khi lý thuyết vật lý về các hiện tượng vật lý trong cơ học, quan học và điện học đã bước một bước dài thì nhiệt học dường như vẫn còn dậm chân tại chỗ trong nửa đầu thế kỉ XIX. Chính những lý thuyết về nhiệt học, nhiệt động lực học chưa phát triển khiến việc chứng minh định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng trở nên khó khăn hơn. Năm 1790, Rumpho đã thực hiện một thí nghiệm bằng cách ngâm một nòng súng trong một thùng nước và khoan nó bằng một chiếc khoan cùn, sau hai giờ rưỡi thì nước bắt đầu sôi. Ông cho rằng đây là thí nghiệm chứng tỏ nhiệt là một loại chuyển động, tuy nhiên thời kỳ đó các nhà vật lý đều cho rằng “chất nhiệt” ở đây đã được chảy ra từ nòng súng giống như người ta vắt một quả chanh. Do chưa có khái niệm về công cơ học nên về cơ bản thí nghiệm trên của Rumpho không mang ý nghĩa vật lý nào. Năm 1826 khái niệm công cơ học ra đời và được công nhận, năm 1845 với thí nghiệm khuấy nước nổi tiếng James Prescott Joule đã chứng minh sự chuyển hóa năng lượng từ công thành nhiệt năng, từ đó kiểm nghiệm tính đúng đắn và là nền tảng cho định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Thí nghiệm khuấy nước nổi tiếng của James Prescott Joule Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz ( 1821 – 1894) là một bác sỹ và nhà vật lý người Đức. Công trình khoa học quan trọng đầu tiên của ông, một luận án vật lý về sự bảo toàn năng lượng viết 1847 được viết ra trong bối cảnh nghiên cứu về y học và triết học của ông. Ông khám phá ra định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng khi nghiên cứu về sự trao đổi chất của cơ bắp. Ông cố gắng diễn đạt rằng không có sự mất đi của năng lượng trong sự chuyển động của cơ bắp, bắt nguồn từ suy luận là không cần một “lực sống” nào để lay chuyển cơ bắp. Đây là sự phủ nhận phỏng đoán truyền thống của Naturphilosophie mà vào thời điểm đó là một triết lý khá phổ biến trong ngành sinh lý học Đức (tại thời điểm đó ất nhiều những nhà nghiên cứu đã sử dụng từ “sinh lực” để giải thích cho những cái họ không thể giải thích nổi, dường như “sinh lực” này có thể tạo ra năng lượng một cách liên tục không bao giờ ngưng nghỉ mà không cần phải tuân theo bất kỳ định luật vật lý, hóa học nào.
Có thể bạn chưa biết, định luật bảo toàn năng lượng cực kỳ quan trọng đối với môn vật lý và hóa học. Nó là cơ sở và tạo tiền đề cho nhiều bước phát triển rộng mở sau này. Bởi vậy, bạn nên học thật kỹ và nắm chắc lý thuyết quan trọng này. Chúng tôi giới thiệu cho bạn định luật bảo toàn chuyển hóa năng lượng, ngoài ra đi kèm cả bài tập để bạn có thể tham khảo. Thế nên, đây chắc chắn là bài viết cực kỳ đáng đọc với các em học sinh lớp 9. Cùng bắt đầu ngay thôi.  Định luật bảo toàn năng lượng là gì? Cơ sở hình thành định luật bảo toàn năng lượngTrước khi biết đến định luật bảo toàn, người ta đã nhìn thấy sự biến đổi thế năng thành động năng và ngược lại. Có thể nói rằng cơ năng luôn luôn giảm. Trong các hiện tượng tự nhiên, sẽ nhìn thấy sự biến đổi rõ ràng giữa thế năng và động năng. Những phần cơ năng bị hao hụt đi đã chuyển đổi thành thế năng. Nếu như cơ năng của vật được tăng thêm so với ban đầu. Ta có thể thấy phần tăng thêm đó chính là do năng lượng khác đã được chuyển hóa mà thành. Đối với trường hợp cơ năng được biến đổi thành điện năng và ngược lại, sự hao hụt cơ năng có xảy ra. Trong động cơ điện, ta thấy phần lớn điện năng sẽ được chuyển hóa trở thành cơ năng. Còn bên trong các máy phát điện, các cơ năng phần lớn sẽ chuyển hóa thành điện năng. Vậy định luật bảo toàn năng lượng là gì?Phát biểu định luật bảo toàn năng lượng như sau: Năng lượng sẽ không tự nhiên sinh ra hay tự nhiên mất đi. Chúng chỉ chuyển từ dạng này sang đến dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang đến vật khác. Các giải thích này có thể tương ứng với giải thích cơ năng của vật tại sao lại tăng lên hoặc giảm xuống. Ngoài ra cũng giải thích được tại sao vật lại nóng lên hay bị nguội đi. Chúng dựa vào sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này chuyển thành dạng khác hoặc là từ vật này thành vật khác ở trong hiện tượng nhiệt, điện hoặc cơ trong tự nhiên. Ngoài ra, chúng cũng dựa vào định luật bảo toàn để khẳng định sự chuyển đổi. Bài tập và lời giải định luật bảo toàn năng lượngBài học các em học sinh học đượcThông qua định luật bảo toàn năng lượng, các em học sinh có thể nhận được nhiều kiến thức. Các em bắt buộc phải biết được thông tin về sự chuyển hóa năng lượng bên trong các hiện tượng nhiệt, điện và cơ. Ngoài ra hiểu và thuộc được định luật bảo toàn năng lượng để sử dụng thành thạo. Ví dụ định luật bảo toàn chuyển hóa năng lượng Bài tập vận dụngBài 1: Trong nhà máy thủy điện có sử dụng một tua bin. Khi tua bin này quay, ta có thể thấy áy phát điện quay theo. Từ đó cung cấp cho ta năng lượng điện để sử dụng. Tua bin này quay liên tục là nhờ nước ở hồ chứa sẵn. Thế nên ta không cần phải mất công để bơm lên. Vậy tua bin này có phải là một động cơ vĩnh cửu hay không? Vì sao? Bài 2: Một cây búa máy khi rơi tự do từ độ cao h xuống, chúng dập vào đầu một cái cọc sắt ở dưới đất. Hãy dựa vào định luật bảo toàn năng lượng, dự đoán xem búa đập vào cọc sẽ có những dạng năng lượng nào xuất hiện? Hiện tượng gì có thể xảy ra kèm theo? Bài 3: Một quả bóng cao su có thể được ném từ độ cao h, xuống dưới nền đất cứng và sau đó bị nảy lên. Sau mỗi lần nảy, độ cao của bóng sẽ giảm dần, điều này có nghĩa là cơ năng cũng sẽ giảm dần. Vậy nó có trái với định luật bảo toàn các năng lượng như đã nêu trên không? Tại sao lại như vậy? Hãy thử dự đoán xem hiện tượng gì xảy đến với quả bóng ngoài việc bị nảy lên và xuống? Bài 4: Tìm hiểu tượng không tuân theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng A Bàn là nguội đi khi tắt điện B Bếp nguội đi khi tắt lửa C Xe dừng lại khi bị tắt máy D Không có hiện tượng nào nêu trên tuân theo định luật Đáp ánBài 1: Tua bin này không phải là một tua bin vĩnh cửu. Nếu như muốn cho tua bin chạy, ta cần phải cung cấp cho nó năng lượng từ trên cao chảy xuống. Tuy ta không bơm nước lên, thế nhưng chính nhờ mặt trời đã cung cấp nhiệt năng cho nó. Từ đó nước bốc hơi lên trên cao và trở thành mây. Mây làm cho mưa rơi xuống phần hồ chứa nước ở trên cao. Bài 2: Có thể giải thích được như sau. Nhiệt năng sẽ làm cho đầu cọc bị đập mạnh và nóng lên. Còn cơ năng sẽ giúp cho cọc được chuyển động và ngập sâu vào bên trong đất. Bài 3: Điều này không trái với định luật bảo toàn. Lý do là bởi một phần cơ năng của quả bóng đã chuyển thành nhiệt năng. Khi mà quả bóng đập vào đất, một phần trong chúng đã truyền vào không khí và từ đó, làm cho các phân tử không khí được chuyển động. Bài 4: Đáp án D. Bảo toàn năng lượng rất cần thiết Thông tin mở rộng về định luật bảo toànNếu như bạn muốn tìm hiểu kỹ hơn về định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, bạn nên đọc thêm phần này. Đây là những thông tin mở rộng về định luật đã được chúng tôi nghiên cứu. Biết đến những thông tin này sẽ giúp cho bạn hiểu và có thể sử dụng định luật thông minh hơn. Bảo toàn năng lượng khác với bảo toàn khối lượngTheo vật lý cổ điển, bảo toàn năng lượng không giống với bảo toàn khối lượng. Thế nhưng, theo thuyết tương đối đặc biệt, nó cho thấy khối lượng có liên quan mật thiết đến năng lượng. Khoa học hiện nay cho rằng tất cả năng-khối-lượng đều có thể được bảo toàn. Về mặt lý thuyết, điều này cho thấy bất cứ một vật thể nào khi có khối lượng đều có thể tự chuyển đổi thành năng lượng thuần túy. Ngoài ra, chúng cũng cho ta thấy được hướng ngược lại, dù cho điều này chỉ có thể xảy ra ở điều kiện cực kỳ khắc nghiệt. Hệ quả của định luật này là gì?Hệ quả của định luật bảo toàn năng lượng chính là một động cơ vĩnh cửu. Có thể nói, động cơ này không thể tồn tại. Thế nên không có hệ thống nào có nguồn cung cấp năng lượng vô hạn cho môi trường xung quanh như vậy. Đối với những hệ thống không có sự đối xứng dịch thời gian, ta có thể thấy chúng không xác định với cơ chế bảo toàn năng lượng. Có thể kể đến một số ví dụ về các không gian cong ở bên trong thuyết tương đối rộng. Ngoài ra, nhắc đến tinh thể thời gian ở trong vật lý vật chất ngưng tụ cũng là cách rất hay. Thuyết tương đối là gì?Bên cạnh định luật bảo toàn nổi tiếng thì thuyết tương đối cũng là điều được nhiều người nhắc đến. Trong thuyết này, năng lượng được đề xuất là một thành phần của vectơ 4 động lượng, năng lượng. Bốn thành phần này bao gồm một năng lượng và ba động lượng. Mỗi một thành phần trong 4 thành phần đó sẽ được bảo toàn riêng biệt theo thời gian. Chúng được bảo toàn ở trong bất cứ một hệ kín nào, hoặc bất cứ hệ quy chiếu quán tính nào. Nguồn năng lượng trên trái đất Trên đây là những thông tin mà chúng tôi cung cấp cho bạn đọc về định luật bảo toàn năng lượng. Chúng tôi tin rằng những chia sẻ này đã thực sự thú vị, giúp cho bạn cảm thấy thích thú. Đây đều là những kiến thức lý 9 cơ bản với phần nâng cao đằng sau. Thế nên, nếu bạn cảm thấy cần thiết, hãy đọc và học hết nhé. Trên website của chúng tôi còn rất nhiều bài viết nhận được lượng chia sẻ cao khác. Hãy đọc ngay thông tin về tác dụng của ánh sáng để hiểu ngay và ứng dụng bạn nhé! Chắc chắn bạn sẽ không dời mắt được đâu. Giải pháp toàn diện giúp con đạt điểm 9-10 dễ dàng cùng ToppyVới mục tiêu lấy học sinh làm trung tâm, Toppy chú trọng việc xây dựng cho học sinh một lộ trình học tập cá nhân, giúp học sinh nắm vững căn bản và tiếp cận kiến thức nâng cao nhờ hệ thống nhắc học, thư viện bài tập và đề thi chuẩn khung năng lực từ 9 lên 10. Kho học liệu khổng lồ Kho video bài giảng, nội dung minh hoạ sinh động, dễ hiểu, gắn kết học sinh vào hoạt động tự học. Thư viên bài tập, đề thi phong phú, bài tập tự luyện phân cấp nhiều trình độ.Tự luyện – tự chữa bài giúp tăng hiệu quả và rút ngắn thời gian học. Kết hợp phòng thi ảo (Mock Test) có giám thị thật để chuẩn bị sẵn sàng và tháo gỡ nỗi lo về bài thi IELTS. Học online cùng Toppy Nền tảng học tập thông minh, không giới hạn, cam kết hiệu quả Chỉ cần điện thoại hoặc máy tính/laptop là bạn có thể học bất cứ lúc nào, bất cứ nơi đâu. 100% học viên trải nghiệm tự học cùng TOPPY đều đạt kết quả như mong muốn. Các kỹ năng cần tập trung đều được cải thiện đạt hiệu quả cao. Học lại miễn phí tới khi đạt! Tự động thiết lập lộ trình học tập tối ưu nhất Lộ trình học tập cá nhân hóa cho mỗi học viên dựa trên bài kiểm tra đầu vào, hành vi học tập, kết quả luyện tập (tốc độ, điểm số) trên từng đơn vị kiến thức; từ đó tập trung vào các kỹ năng còn yếu và những phần kiến thức học viên chưa nắm vững. Trợ lý ảo và Cố vấn học tập Online đồng hành hỗ trợ xuyên suốt quá trình học tập Kết hợp với ứng dụng AI nhắc học, đánh giá học tập thông minh, chi tiết và đội ngũ hỗ trợ thắc mắc 24/7, giúp kèm cặp và động viên học sinh trong suốt quá trình học, tạo sự yên tâm giao phó cho phụ huynh. |
