مشاوره رایگان تحصیلی
منو

قانون پایستگی انرژی

+ 64
رأی شما
- 64

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

+ 64
رأی شما
- 64



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
لطفا یه کتاب در زمینه فیزیک بهم معرفی کنید که ترجمه کنم (8 پاسخ)
نیوتون چگونه حرکت بیضوی زمین را ثابت کرد؟ (13 پاسخ)
ببینید و لذت ببرید (3 پاسخ)
چرا نبایست با افراطی ها بحث کرد؟ (0 پاسخ)
راهی برای دوباره زیستن - بدن جدید - عمر نامحدود (25 پاسخ)
انرژی چگونه به جرم تبدیل میشود؟ (21 پاسخ)
عملگرها و اپراتورها در ریاضیات و فیزیک (70 پاسخ)
زمین تخت گرایان (99 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (971 پاسخ)
کتاب مناسب برای کنکور (6 پاسخ)
کمبود ویتامین دی و سرطان ها (0 پاسخ)
برنامه‌ای که مرگ را پیش‌بینی می‌کند (0 پاسخ)
پایانه های باتری (3 پاسخ)
تست هوش واقعی (19 پاسخ)
سیگنال تحلیلی (0 پاسخ)
نسبیت خاص خوانی(!)،سوالات و مقالات پراکنده پیرامون نسبیت خاص (23 پاسخ)
نحوه محاسبه میدان مغناطیس یک اهنربای دائمی در فضا بچه صورتیه (2 پاسخ)
آیا هر جسمی در هر شرایطی دارای جاذبه است؟ (22 پاسخ)
بطری آب (0 پاسخ)
نمایش کسر ثابت گرانش, سرعت نور ، عدد طلایی با توانهای 3 (5 پاسخ)
تغییرات وزن (6 پاسخ)
محاسبات مغناطیس (6 پاسخ)
تغییرات رنگ به علت زاوبه تابش (7 پاسخ)
چرا خطوط میدان الکتریکی همدیگر را قطع نمی کنند؟ (22 پاسخ)
انتشار کتاب ((نظریه ی غلظت)) در نیویورک-آمریکا (11 پاسخ)
موتور دما کوری (0 پاسخ)
ترازو جرم یک ماده را اندازه گیری می کند یا وزن آن ماده را (4 پاسخ)
تصاویر نجومی (1949 پاسخ)
فاصله زمین و خورشید چگونه باعث پدید امدن فصل‌ها می‌شود؟ (2 پاسخ)
سوال جواب بده و بپرس (494 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (95 پاسخ)
بازی با احتمالات (3 پاسخ)
تابش ذره باردار شتاب دار در مکانیک کوانتومی (0 پاسخ)
ایرادها و پارادوکس های نسبیت خاص (244 پاسخ)
تعریف علم فیزیک (10 پاسخ)
رساناي منزوي (3 پاسخ)
فناوری‌هایی که در سال 2018 رشد می‌کنند (0 پاسخ)
چه تعبیری از کوانتوم داشته باشیم؟ (1 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (213 پاسخ)
مشکل در بردارهای محوری (شبه بردار ها) (18 پاسخ)
4 بعد جهان؟ (36 پاسخ)
آسيب ناشي از برخورد، با انرژي مرتبط هست يا تكانه؟ (5 پاسخ)
شرايط مرزي (5 پاسخ)
ميدان تاخيري (25 پاسخ)
واپاشی هسته ای (1 پاسخ)
نتایج شگفت‌انگیز یک آزمایش برای درمان هموفیلی (0 پاسخ)
تصویر های دانشیک (81 پاسخ)
دروس آنلاین و رایگان در دانشگاه‌های برتر دنیا (2 پاسخ)
[پارادوکس] ذره باردار در میدان گرانشی یکنواخت (13 پاسخ)
تعریف آماری فشار (0 پاسخ)
مفهوم تکانه (2 پاسخ)
ظرفیت خازن (3 پاسخ)
سوال مربوط به اثبات فرمول های انرژی نسبیتی (3 پاسخ)
محاسبه سرعت چرخش در حرکت دورانی یکنواخت (1 پاسخ)
تفاوت نیرو با انرژی چیست؟ (14 پاسخ)
مدل تکتایی برای کوارک ها به چه معناست؟ (0 پاسخ)
بررسی ناوردایی توان در نسبیت خاص (2 پاسخ)
بررسی پایستگی تکانه و انرژی (1 پاسخ)
سوال در مورد انقباض طولی (3 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (514 پاسخ)
مقالات فیزیک
پیشرفت در تکنولوژی پرتوی کششی می‌تواند انسان را در هوا معلق کند.
شناسایی نقاطی ویژه که امواج نور را در مسیرش متوقف می‌کند.
تاثیر مثبت ویتامین D3 در برابر آسیب‌های قلبی عروقی
رویدادهای نجومی اسفندماه ۱۳۹۶
فضانوردان در معرض تب فضایی هستند.
حماقت راننده‌ی کامیون، به خطوط ۲۰۰۰ ساله‌ی نازکای، آسیب جدی وارد نمود.
ثبت خاطره‌ی رشد ماهیچه‌ای، در دی‌ان‌ای انسان
بالاتر از این ساختمان سیاهی نیست!
شیوع ای‌کولای؛ آیا واقعاً باید از خوردن کاهو اجتناب کرد؟
قطعه‌ی گمشده‌ی هوش‌مصنوعی انسان‌مانند یافت شد.
کشف مجموعه‌ای از سیارات، خارج از کهکشان راه‌شیری
آیا حرکتِ قطب‌های مغناطیسیِ زمین خطر‌ناک است؟ علم پاسخ می‌دهد
تصویری جدید از کهکشان کوتوله‌ی ناشناخته
تا چه حد رفتارهای عصبی افراد مشابه دوستان‌شان است؟
ارتباط بیماری‌های قلبی و میگرن
رونمایی از دو محصول مرتبط با پروژه‌ی هایپرلوپ
ورزش هوازی می‌تواند علائم شناختی بیماری آلزایمر را بهبود ببخشد.
کشف گوری عجیب از اسکلت‌های باستانی در مکزیکوسیتی
تصویر تلسکوپ هابل از کهکشان مارپیچی NGC7331
آرزویی برای آینده‌ی خودروهای خودران
تاثیر دارویی نوعی قارچ در درمان افسردگی
موجودات فضایی از چه نیرویی استفاده می‌‌کنند؟
گرمایش اقیانوس‌ها، شاهدی بر گرمایش جهانی است.
خطر بالقوه‌ی داروهای سوزش معده
تسلا می‌خواهد کامیون‌های برقی بسازد.
نهنگ باستانی کارولینا، اسرار منشأ تغذیه فیلتری را برملا کرد.
چگونه ناسا مریخ را قابل سکونت می‌کند؟
حفاری در اعماق دریا، اکوسیستم دریایی را نابود می‌کند.
شواهد جدیدی در مورد سطح یخی سیارک وستا
خلاق بودن، کلید برتری در ارتباطات مغزی است.
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
برتری جالب زنان، نسبت به مردان (0+)
کنترل فرآیند تشکیل ستاره در کهکشان‌ها، توسط سیاهچاله‌های مرکزی (0+)
کف اقیانوس در حال غرق شدن است. (0+)
تاثیر کافئین در تشخیص بیماری پارکینسون (0+)
افزایش دانش محققان از درک مزه‌ی کلسیم (0+)
تلسکوپ فضایی هابل، کهکشان مگامیزری را رصد کرد. (0+)
تا سال ۲۰۱۹ میلادی، خودروی تمام خورشیدی وارد جاده‌ها می‌شود. (0+)
نخستین داروهای موثر پیشگیری از میگرن روانه‌ی بازار می‌شود. (0+)
مصرف زغال‌اخته می‌تواند ذهن شما را در سالمندی قوی کند. (0+)
ستاره‌شناسان حومه‌ی کهکشان‌های بیضوی را مطالعه می‌کنند. (0+)
هفت کشوری که با خودروهای با سوخت فسیلی خداحافظی می‌کنند. (0+)
مصرف زغال‌اخته می‌تواند ذهن شما را در سالمندی قوی کند. (0+)
شواهد جدید مبنی بر گذشته‌ی مریخ (0+)
پروژه‌ای با هدف سفر انسان به اعماق زمین (0+)
انقلابی در انرژی هم‌جوشی هسته‌ای (0+)
ادامه ...