مشاوره رایگان تحصیلی
منو

قانون پایستگی انرژی

+ 43
رأی شما
- 42

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

+ 43
رأی شما
- 42
نظر شما :
● فارسی نویس
نام کاربری :

کلمه عبور :


 تذکر :   تنها اعضای سایت مجاز به ارسال نظر می باشند. جهت عضویت در سایت   اينجـــا   کلیک کنید.




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
اگر توپی را در فضا رها کنیم (6 پاسخ)
قوانین فیزیک (5 پاسخ)
آيا فيزيك يا رياضي رشته گمشده منه‌؟ (4 پاسخ)
چطور میشه دستگاه فرستنده امواج الکترومغناطیس درست کرد؟ (6 پاسخ)
معمای آخرین "عنصر کشف نشده" هسته کره زمین حل شد (0 پاسخ)
شکل موج (17 پاسخ)
مجموعه مقالات عرفان کسرایی (2 پاسخ)
انهدام نسبیت خاص و عام آلبرت اینشتین (به همراه مقالات) (353 پاسخ)
محاسبه انرژی (1 پاسخ)
سرعت سقوط اجسام (10 پاسخ)
اطلاعات در مورد رشته مهندسی هسته ای و آينده شغلي اين رشته (7 پاسخ)
زمان و یک چالش جدید (5 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (211 پاسخ)
خلاء چیست و اثر گرما بر حرکت نور در یک محفظه خلاء (0 پاسخ)
واکنش دهی ذرات (1 پاسخ)
بارش شهابی برساوشی (3 پاسخ)
تفاوت در انرژی پتانسیل و اصل هم ارزی جرم-انرژی انیشتین (3 پاسخ)
سوال درمورد آزمایش دوک و ریل شیبدار (0 پاسخ)
مدل سازی سلف با حل معادلات میدان (0 پاسخ)
کتاب الکترومغناطیس گریفیتس (1 پاسخ)
دعوت به همکاری تحقیقاتی (0 پاسخ)
چگونه سرعت اسپین ذرات را حساب می کنند؟ (0 پاسخ)
تراز افقی (2 پاسخ)
چرا قبل از بارش برف آسمان قرمز میشود؟ (25 پاسخ)
پیش نیاز mcnp و مونت کارلو (0 پاسخ)
داروی جدید ام.اس با موفقیت آزمایش شد (0 پاسخ)
تحصیل در رشته های نجوم (23 پاسخ)
دمای منفی (1 پاسخ)
مرحله های خواب (3 پاسخ)
ثبت عکس‌های نادر از قبل و حین انفجار یک ستاره (2 پاسخ)
تبديلات ميدان ها (5 پاسخ)
مهارت حل مساله (2 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (969 پاسخ)
پرسش و پاسخ ریاضی (160 پاسخ)
چرخه کارنو (1 پاسخ)
سرعت سوق و جریان (2 پاسخ)
ستاره های متراکم هم خاصیت ربایش نور را دارند؟ (3 پاسخ)
فیزیکدان ایرانی دانشگاه هاروارد برنده جایزه دستاورد علمی شد (0 پاسخ)
معما های سخت (294 پاسخ)
tortion gyroscope (0 پاسخ)
سوال اصل عدم قطعیت (1 پاسخ)
تصویر های دانشیک (79 پاسخ)
ماشين محرك دائم (154 پاسخ)
کتاب معتبر ترجمه شده در زمینه انرژی تاریک (3 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (102 پاسخ)
کامپیوتر پرواز (0 پاسخ)
شرایط مرزی برای دو مسأله ی الکترومغناطیس (3 پاسخ)
فرمول برای تشخیص تالاسمی مینور (1 پاسخ)
افزایش احتمال برخورد دو نوکلئون (3 پاسخ)
کاربست پدیده EVP، نظرتان چیست؟ (3 پاسخ)
ماهیت انرژی (22 پاسخ)
سوال از طول موج خطوط طیف اتم هیدروژن (4 پاسخ)
عوامل خروجی ژنراتور (2 پاسخ)
انجماد بعد از مرگ (0 پاسخ)
سرعت مورد نیاز برای برخورد D-T (1 پاسخ)
منبع توجیه پارادوکس پدربزرگ (4 پاسخ)
مقادیر "مجاز" انرژی یعنی چی؟ (3 پاسخ)
اصل انرژی (1 پاسخ)
روشی که بیمار قطع نخاعی را می‌تواند درمان ‌کند (1 پاسخ)
نظریه DFT چه ميگويد و چه كاربردي دارد؟ (7 پاسخ)
مقالات فیزیک
تعداد گل‌برگ‌های آفتاب‌گردان همیشه عضوی از سری فیبوناچی‌ست!
ساخت ماده‌ای که می‌تواند آسیب‌های مغزی را درمان می‌کند
سنگ‌های اطراف ما، چگونه به وجود آمده‌اند؟
چرا فرگشت این حشره‌ی عجیب را به گل ارکیده شبیه کرده است؟
یک قدم تا کشف حیات روی مریخ؛ آب مایع هم کشف شد!
چرا تاج‌ خورشید میلیون‌ها برابر گرم‌تر از سطح خورشید است؟
ماجرای پیدا شدن فرش قدیمی و اَشرافی در کشتی غرق‌شده‌ی هلندی
ریزتراشه‌هایی که از نور بجای الکترون استفاده می‌کنند!
ده دانستنی جالب درباره‌ی کشور سوئیس
رژیم غذایی سالم و ورزش می‌تواند روند پیری سلول‌های ما را برعکس کند
ده حقیقت جالب درباره‌ی دیوار بزرگ چین
جایی برای تلسکوپ‌های خیلی بزرگ
اَپل؛ برخواسته از یک اتاق خواب
دنیای عجیب و کشف نشده‌ی ویروس‌ها
والدین و فرزندان، رابطه‌ای تنش‌زا
یک قاشق چایخوری از ستاره‌ی نوترونی، ۶ میلیارد تن وزن دارد!
نسل جدید ریز پردازنده‌ها جهت استفاده در مأموریت‌های فضایی
کشف غار ۵۰۰هزار ساله، با کریستال‌های غول‌پیکر!
تشخیص و درمان بیماری آب‌سیاه چشم، با روشی نوین
دانستنی‌هایی جالب درباره‌ی ببرها
خوشه‌ی زیبایی از ستارگان، در کهکشان راه‌شیری
اختراع جدید گوگل؛ مترجم هوشمند گوگل چگونه کار می‌کند؟
طلوع و غروب پیاپی خورشید در ایستگاه بین‌المللی فضایی
حرکت جزایر هاوایی به سمت آلاسکا با سرعت رشد ناخن انسان!
پهپادهایی که ماری‌جوانا را از آسمان، بو می‌کشند!
چطور استاد حس بویایی خود شوید!
کشف آب یخ‌زده در سیاره‌ی کوتوله‌ی سِرِس!
میکروب‌هایی که بدن ما را ساخته‌اند!
چشم‌ا‌نداز گودال یک شهاب‌سنگ، بر فراز صحرای بزرگ استرالیا
کشف دخمه‌های اسرارآمیز در مریخ
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
لرزش جهانِ تازه متولد شده، از امواج ضربه‌ی بیگ‌بنگ (0+)
تلسکوپ فضایی هابل، در جستجوی فرازمینی‌ها (0+)
ذخیره‌ی انرژی در برگ‌های آبی گیاه بگونیا (0+)
چرا قند مصنوعی شما را چاق می‌کند؟! (0+)
نسل بعدی سلول‌های خورشیدی به‌رنگ گیاهان سبز (0+)
دست‌یابی به «تئوری همه‌چیز» در سال ۲۰۷۶ (0+)
اسرار پای مومیایی شده‌ی «نِفِرتاری»، ملکه‌ی مصر (0+)
آیا سقوط شهاب‌سنگ در اقیانوس، سونامی ایجاد می‌کند؟ (0+)
تحول کهکشان‌ها در خوشه‌ی کهکشانی سنبله (0+)
چرا اسب‌دریایی نَر باردار می‌شود؟ (0+)
دانستنی‌های شگفت انگیز درباره زمین: زمینِ زیبا (0+)
ستارگان زامبی! (0+)
آیا می‌دانید «گچ» از فسیل پلانکتون‌های باستانی ساخته شده؟ (0+)
ساخت لباس‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر (0+)
کشف دخمه‌های اسرارآمیز در مریخ (0+)
ادامه ...