مشاوره رایگان تحصیلی
منو

قانون پایستگی انرژی

+ 49
رأی شما
- 47

این اصل که به عنوان قانون اول ترمودینامیک شناخته می شود، یکی از قوی ترین اصول علمی است که ظاهرا مویی لای درزش نمی رود. به حدی در تاریخ این اصل علمی، قدرتمند ظاهر شده است که امانوئل کانت، فیلسوف مشهور آلمانی آنرا یک اصل پیش از تجربه می دانست، یعنی شبیه قوانین ریاضی بی نیاز و مستقل ازتجربه. البته نظر کانت در مورد اصول تحلیلی همچون ریاضی درست است، اما در مورد قانون بقای انرژی رد شده است، این قانون واقعا از هفت خوان رستم تجربه رد شده است.

فیلسوفان یونان باستان همچون تالس(Thales of Miletus) و امپدوکلس (Empedocles) اشاراتی فلسفی به قانون پایستگی داشته اند. در قرن شانزدهم، گالیله از طریق حرکت آونگ که انرژی پتانسیل آن به جنبشی و برعکس تبدیل می شود، اشاره کوچکی به این موضوع داشته است. در اواخر همان قرن، لایبنیتز آلمانی (Gottfried Leibniz) اولین تلاش را برای فرموله کردن پایستگی انرژی جنبشی در غیاب اصطکاک انجام داد. در همان زمان قانون بقای تکانه (مومنتوم) حتی با وجود اصطکاک کاربردی شده بود. به زودی مهندسین و شیمیدانها به این نتیجه رسیدند که قانون مومنتوم برای محاسبات عملی کافی نیست. از طرفی فرمول لایبنیتز هم در عمل کارایی چندانی نداشت چون اصطکاک معمولا همه جا بود و انرژی جنبشی گم می شد! پس از کش و قوسهای زیاد سرانجام در سال ۱۸۳۸ کارل فریدریش موهر اولین دکترین پایستگی انرژی را بیان کرد که در آن به کلمه فیزیکی کرافت (انرژی یا کار) اشاره شده است، وی ادامه می دهد که بسته به شرایط، انرژی می تواند به صورت حرکت ، میل ترکیبی شیمیایی، جاذبه، الکتریسیته، نور و مغناطیس ظاهر شده و از یک شکل به اشکال دیگر در آید.

با تلاش دانشمندانی از جمله ژول گرما نیز وارد معادله و صورتی از انرژی شد. در سال ۱۸۵۰ ویلیام رنکین اسکاتلندی برای اولین بار از عبارت ” قانون بقای انرژی” استفاده کرد. فرآیند رسیدن به این قانون در مفهوم ترمودینامیک نیز نتیجه نیم قرن تلاش و سعی و خطا بوده است. با این وجود معنای علمی آن با تلاش دانشمندانی همچون ویلیام رانکین ، جرمان هس روسی، جولیوس مایر آلمانی و از همه مهم تر کلازیوس آلمانی به بار نشست. امروزه پایستگی انرژی به عنوان قانون اول ترمودینامیک شناخته می شود : انرژی یک سیستم منزوی ثابت است. آدمی کمی وسوسه می شود که نظر کانت را در مورد پایستگی انرژی بپذیرد، به نظر می رسد که دانشمندان هر جا که انرژی گم می شده است، با یافتن یک مفهوم یا معادله جدید آن را نجات داده اند! اگر انرژی جنبشی گم شود، مفهوم گرما به داد آن می رسد. اگر گرما گم شود، می توان نور را وارد معادله کرد. اگر همه اینها گم شد، انرژی پتانسیل وارد کارزار می شود. آیا به راستی اینگونه است؟

اگر تبدیل انرژی به صورتهای مختلف یک طرفه باشد این موضوع درست است. فرض کنید انرژی گرمایی گم شود و دانشمندان برای نجات بقای انرژی،نور را عامل آن بدانند. اگر نور نتواند به گرما یا صورت دیگری از انرژی تبدیل شود، معادله جدید صرفا قصد نجات پایستگی انرژی را دارد. اما تا زمانیکه صورتهای مختلف انرژی بتوانند به یکدیگر تبدیل شوند، قانون پایستگی کاملا تجربی و کاربردی است! در طول تاریخ قانون پایستگی انرژی بارها تهدید شده است. برخی از این تهدیدها شبه علمی و برخی کاملا علمی بوده است. در ادامه به بررسی برخی از این تهدیدها می پردازیم.

محرکهای دائمی : در دوره ای از تاریخ اروپا رقابتی بین مخترعین برای ساخت یک محرک دائمی ایجاد شده بود. شاید بتوان این تلاش را شبیه کوشش کیمیاگران برای تبدیل فلزی همچون مس به طلا دانست. البته تفاوت آن این است که امروزه با لیزر می توان کیمیاگری کرد و حتی از هیدروژن به طلا رسید، اما هیچکس به فکر ساخت محرک دائم نیست! به نظر می رسید که یک مخترع به نام اورفیرئوس آلمانی که نام واقعیش بسلر بود، سرانجام توانست محرک دائمی را بسازد. ماشین او چرخ بزرگ با اتصالات نسبتا پیچیده ای بود که دائم می چرخید. حتی در آزمایشهای دقیقی که به عمل آمد، معلوم شد که این چرخ چندین روز می چرخد، اما طولی نکشید که حیله مخترع فاش شد. ایشان به طور زیرکانه محفظه ای را طراحی کرده بود که شخصی در آن پنهان می شد و در زمان مناسب چرخ را می چرخاند! در زمانیکه همه از امکان ساخت محرک دائمی نامید شده بودند،در سال ۱۸۰۰ میلادی یک مخترع هوشمند ساعتی ساخت که بدون کوک دائما کار می کرد، اما واقعیت این است که کوک آن توسط اختلاف در فشار هوا انجام می شد و خطری برای قانون بقای انرژی ایجاد نمی کرد.

همچنین در سال ۱۹۰۳ میلادی پروفسور استرت دستگاهی موسوم به ساعت رادیومی اختراع کرد که ظاهرا بدون حقه و فریب می تواند حداقل هزار سال از خود تحرک ظریفی نشان دهد. امروزه دیگر کسی برای محرکهای دائمی و نقض قانون بقای انرژی تلاش نمی کند. همانطور که یک جرثقیل نمی تواند خودش را بلند کند، انرژی نیز نمی تواند از هیچ به وجود آید. از اتفاقاتی که سبب گم شدن انرژی در سیستمها می شد، دانشمندان به تعریف سیستم منزوی رسیدند. یعنی سیستمی که تبادل انرژی با محیط خود ندارد. این نوع سیستم در ذهن و نوشتن ساده به دست می آید، اما در آزمایشگاهها موضوع فرق می کند. خیلی باید دقت کنید تا از منزوی بودن و یا میزان تبادل انرژی سیستم با محیط مطمئن شوید. امروزه نقض پایستگی انرژی در یک سیستم به معنای عدم دقت در منزوی کردن آن است. در هر حال دانشمندان ، این مراحل را نیز پشت سر گذاشته بودند اما خبر نداشتند که جرم و انرژی نیز قابل تبدیل به یکدیگرند. معادله مشهور E = MC2اینشتین این آمادگی را برای تعریف دقیق تر سیستم های منزوی داد.

در واکنشهای رادیو اکتیویته که اورانیوم به عناصر سرب و هلیوم تجزیه می شود، مقداری از جرم در طرف دوم معادله گم می شود که به صورت کمی طبق معادله یاد شده به انرژی تبدیل میشود. در جوش هسته ای نیز زمانیکه هیدروژن به هلیوم تبدیل می شود، با محاسبات جرم اتمی معلوم می شود که جرم هلیوم حاصله کمتر از هیدروژنهاست. این جرم نیز به انرژی تبدیل می شود. جرم خورشید در هر ثانیه چند تن کم می شود. انرژی معادل آن همان نوری است که به فضا منتشر می کند. البته اگر ترازوی سوپر دقیق داشتیم نیازی نبود که معادله انیشتین را در واکنشهای هسته ای جستجو کنیم. اگر شما یک طبقه بالا بروید، معادل انرژی صرف شده بر جرمتان افزوده می شود و برعکس (آیا می توانید مقدار آن را حساب کنید؟) ! البته نه به این معنا که ذراتی به بدن اضافه می شود، بلکه برجرم تک تک اتمهای بدن اضافه می شود! جرم یک فنر کشیده یا جمع شده معادل انرژی ذخیره شده، بیشتر از همان فنر در حالت عادی است.

تلاشی بتا : این واکنش هسته ای یکی از قویترین تهدیدها در تاریخ، علیه پایستگی انرژی بود. از طرفی یکی از بهترین نمونه ها برای نشان دادن تجربیو کاربردی بودن این قانون است. در یک واکنش رادیو اکتیویته ( مانند تجزیه کربن ۱۴ به نیتروژن ۱۴) نوترون تجزیه شده و به پروتون و الکترون تبدیل می شود. دانشمندان به وضوح دریافتند که سمت راست معادله کاهش انرژی نشان می دهد!در مواجهه با این انحراف، نیلز بور حاضر به پذیرفتن نقض بقای انرژی در سطح زیر اتمی شده بود، در عوض ولفگانگ پائولی اتریشی برای تصحیح انحراف، ذره ای را به سمت راست واکنش اضافه نمود. تا اینجای کار مشکلی نیست، اماپائولی اذعان داشت که این ذره هیچگاه شناسایی نخواهد شد، یعنی دقیقا تلاش برای نجات پایستگی انرژی به هر بهایی! اینکار اشتباه است و امیدوارم در فلسفه علم به آن بپردازیم.

کشف پاد نوترینو یعنی شبیه همان ذره ای که پائولی به واکنش اضافه کرد، فرض علمی و البته شتاب زده بور را باطل کرد. به این ترتیب یک بار دیگر قانون پایستگی انرژی سربلند بیرون آمد. اما آیا این همه ماجراست؟! امروزه خطری بزرگتر در کمین این قانون نشسته است. اگر توپی که همچون قانون اول نیوتن قرار است با سرعت یکنواخت حرکت کند، بدون نیروی شناخته شده ای بر سرعتش اضافه شود، شما چه نتیجه ای می گیرید؟ اولین نتیجه نقض بقای انرژی است، این اتفاق نه برای یک توپ که برای تمامی کهکشانها جاری است. کهکشانها نه تنها از همدیگر دور می شوند، بلکه مدتهاست که بر سرعتشان نیز اضافه می شود. اگر قرار باشد اصول جاری علمی را پایدار نگه داریم، ناچاریم همچون دانشمندان برای آن مسئولی ناشناخته تعریف کنیم:

انرژی تاریک، انرژیی که برخلاف تلاشی بتا سهم آن در واکنش کم نیست و طبق محاسبه دانشمندان بیش از ۷۰ % جهان را تشکیل می دهد و مسئول دور کردن کهکشانها با سرعتی فزاینده از یکدیگر و واپاشی ماده و دنیا در آینده است. طبعا دانشمندان، همچون پائولی نامی برای آن انتخاب کرده و آن را در یک سوی معادله قرار داده اند، اما برخلاف وی به یافتن آندر آینده امیدوارند. ما هم منتظر خواهیم بود!

نویسنده : احمد مصدر- عضو پیوسته بیگ بنگ

bigbangpage.com

+ 49
رأی شما
- 47



www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● ادامه تحصیل در مالزی
● دانشگاه های مالزی
● سعيد سيوف جهرمي
● هر آنچه می خواهید
● مجله پزشکی
● توصیه های پزشکی
● پس از باران
● انجمن علمی فیزیک پیام نور
● دانلود کامل
● سایت گردشگری آنوبانی نی
● جاویدان
● سنگ شکن
● آگهی رایگان
● ایتکا
● پزشکی
● مجله علمی
● پی سی گیمرز
● موسسه پروفسور حسابی
● میهن کمپ
● پی سی وبلاگ
● کتاب هفته
● دهکده فضایی
● ایران حافظ
● Airgo Design
● دکتر علی افضل صمدی
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
علت جمع شدن بارهای الکتریکی در سطح کره (10 پاسخ)
ماشين محرك دائم (149 پاسخ)
موجی و ذره ای بودن نور (6 پاسخ)
جهان چند بعد دارد؟ (28 پاسخ)
ایرادها و پارادوکس های نسبیت خاص (235 پاسخ)
عملگرها و اپراتورها در ریاضیات و فیزیک (1 پاسخ)
روش ساده محاسبه Eigenvalue برخی ماتریکس های خاص (0 پاسخ)
چرا قبل از بارش برف آسمان قرمز میشود؟ (28 پاسخ)
آیا نور انرژی جنبشی خود را منتقل می کند؟ (11 پاسخ)
کارشناسی فیزیک، ارشد برق (0 پاسخ)
کاسینی شیرجه نهایی به سوی زحل را شروع می کند (3 پاسخ)
تصاویر نجومی (1869 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (93 پاسخ)
ماهیت میدان الکتریکی چیست؟ (3 پاسخ)
ساخت باتری مقاوم در برابر انفجار و آتش‌سوزی (0 پاسخ)
چگونه فردی خردمند شویم؟ (5 پاسخ)
تخمین انرژی رسیده از خورشید به زمین (4 پاسخ)
آزمایش سایناک (2 پاسخ)
تمام حقیقت. لطفا بخانید (1 پاسخ)
لکه های خوشیدی چگونه به وجود می آیند؟ (3 پاسخ)
یکی از قوی‌ترین میکروسکوپ‌های لیزری جهان راه اندازی شد (0 پاسخ)
کاربرد روشهای فازی در پیش بینی معادله سرمایش نیوتن (0 پاسخ)
پرسشی در مورد مجموعه اعداد اول (7 پاسخ)
تابعی یک به یک و پوشا رو میشناسید که از Nبه Q بره؟ (23 پاسخ)
ذرات با سرعت های بالاتر از سرعت نور (1 پاسخ)
آیا فیزیک بمانند ریاضیات اصول موضوعه دارد؟ (4 پاسخ)
زمین تخت گرایان (77 پاسخ)
تولید بردارهای یکه در فضای سه بعدی (0 پاسخ)
نظریه اعداد و فلسفه اعداد طبیعی (13 پاسخ)
آنالیز و طراحی سیستم های مرتعش تحت نیروهای هارمونیک (0 پاسخ)
حرکت و زمان مستقل از هم هستند یا وابسته به یکدیگر؟ (73 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (965 پاسخ)
ساخت لیزر co2 با توان ۴۰ وات (0 پاسخ)
رابطه بردار مکان زمان با دنیای سه بعدی چیست؟ (3 پاسخ)
یک روش جدید درمان سرطان در آمریکا مجوز گرفت (0 پاسخ)
تهیه دیسک های ابررسانا (7 پاسخ)
سفید چاله ها (0 پاسخ)
نجوم آماتوری را چگونه آغاز کنیم؟ (1 پاسخ)
آزمایشات ذهنی انیشتن (14 پاسخ)
۲۹ نکته برای رصدهای آماتوری (0 پاسخ)
آیا با افزایش سرعت جرم هم افزایش پیدا میکنه؟ (16 پاسخ)
معادله حرکت منحنی از یک نقطه به نقطه دیگر (13 پاسخ)
حیات با نتیجه‌های بدیهی و حتمی فیزیک همراه است (0 پاسخ)
نظریه جدید تعریف بعد زمان (27 پاسخ)
در زمان نمی توان سفر کرد (24 پاسخ)
تصویر های دانشیک (80 پاسخ)
نکاتی که باید درباره سرطان و پیشگیری از آن بدانید (0 پاسخ)
چه کتابی نسبیت رو از منظر نظریه گروه بحث می‌کنه؟ (7 پاسخ)
اگر r=0 باشه چه نيرويي بار ها به يك وارد ميكنند ؟ (1 پاسخ)
constructal law آیا ماهیت تصادفی ِ فرگشت را به چالش می کشد؟ (12 پاسخ)
خمیدگی باند در سلول خورشیدی (0 پاسخ)
تاثیر مغز بر ژنتیک (6 پاسخ)
مکاترونیک (0 پاسخ)
نظریه ی غلظت (62 پاسخ)
آیا در سیاه چاله نیروی گرانش به بینهایت میل میکند؟ (6 پاسخ)
انهدام نظریه غلظت و حل شبه پارادوکس های نسبیت (47 پاسخ)
فیزیک مطلق تحلیلگر نظریات مختلف جهانی (36 پاسخ)
فیزیک مطلق و اثبات کاملا دقیق اشتباه بودن فرمول معروف انرژی (67 پاسخ)
پژوهشکده فیزیک (7 پاسخ)
پاسخ به شایعات زمین تخت گراها (1 پاسخ)
مقالات فیزیک
تاثیر ماریجوانا و نیکوتین بر هیپوکامپ مغز
محققان مواد بلوری حساس به نور ساختند.
فاش شدن رازهای خبیث‌ترین شهر تاریخ
شامپانزه‌ها می‌توانند قواعد بازی «سنگ، کاغذ، قیچی» را درک کنند.
مبارزه‌ی جلبک‌های دریایی با تغییرات آب‌وهوایی
ساخت نوعی پارچه‌ی که انرژی تولید می‌کند.
مشاهده‌ی تغییراتی در خوشه‌ی پروین
کافئین درک ما را نسبت به طعم شیرین عوض می‌کند!
تغییر تنفس در واکنش به التهاب عفونت باکتریایی
هک اسپیکر گجت‌ها توسط جاسوس‌ها و تروریست‌ها
مشاهده‌ی سیاهچاله‌های غول‌پیکر با رصد عروس‌دریایی
آثار ۴۳ میلیون ساله‌ی کیسه‌داری در ترکیه
احیای نورون‌ها در ناحیه‌ی غیرمعمول مغز
خطر سکته‌ی مغزی در کمین جوانان معتاد به «متامفتامین»
آنتنی کوچک رابط بین انسان و کامپیوتر می‌شود.
کشف چهار سیاره‌ی بیگانه در اطراف ستاره «تائو ستی»
کشف روستایی مربوط به روم باستان در ایتالیا
خاطره‌ای از کاسینی؛ نمایی نزدیک از ابرهای زحل
کاشت ریزتراشه در بدن کارگران یک شرکت
روش‌های نادرست استفاده از لنز چشمی
تکنولوژی نانو، رنگ ‌سبزی برای انرژی پاک و زیبا فراهم می‌کند.
تصاویری شگفت انگیز از کهکشان میله‌ای-حلقه‌ای مارپیچی NGC7089
درمان بیماری ام‌اس با نوعی باکتری در روده
شناسایی کروکودیلی ما قبل تاریخی
پایانی شکوه‌مند برای قهرمان فضا؛ «کاسینی»
تشخیص سریع‌تر اثرانگشت با هوش مصنوعی
تاریخچه گرمایش زمین، فقط در ۳۵ ثانیه
ثبت رکورد کوتاه‌ترین پالس لیزری
احتمال وجود میلیون‌ها سیاه‌چاله در کهکشان راه‌شیری
ساخت تاری مصنوعی محکم‌تر از تار عنکبوت‌ها
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
به چالش کشیدن خرافات، تفتیش عقاید! (0+)
نقش مواد شیمیایی غیرقانونی در عدم بازیابی ازون (0+)
آشفتگی بی‌اندازه‌ی سیارات مشتریِ داغ (0+)
زرافه‌ی معروف بچه‌ی خود را به‌دنیا ‌آورد! (0+)
سرانجام خورشید را لمس خواهیم کرد! (0+)
پیش‌گویی مغز از وقایع آینده! (0+)
به امید نقطه‌ی اوجِ زمین (0+)
اسکن لیزری برای تشخیص زودهنگام بیماری قلبی (0+)
شباهت یادگیری میمون‌ها با انسان (0+)
در دوره‌ی تاریک کیهان چه گذشت؟ (0+)
آیا روان‌گردان‌ها واقعأ کار می‌کند؟ (0+)
ساخت فوم گرافنی با چاپگر سه‌بعدی، برای اولین بار (0+)
فعالیت لکه‌ای خورشیدیِ بزرگتر از زمین (0+)
احتمال هوشمندتر شدن هوش‌مصنوعی (0+)
مشاهده‌ی تکثیر DNA در مدل سلولی (0+)
ادامه ...