مشاوره رایگان تحصیلی
منو

قانون پایستگی انرژی

+ 84
رأی شما
- 103

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

+ 84
رأی شما
- 103



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
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 زمان وجود نداشت چه می شد،پیامد های آن چیست؟ (64 پاسخ)
ماشين زمان كي ساخته مي شود؟ (71 پاسخ)
نحوه کار برقگیر (0 پاسخ)
تفاوت جاذبه با گرانش چیست؟ (42 پاسخ)
خم کردن پرتو نور (13 پاسخ)
چرا ابرها سفید هستند؟ (7 پاسخ)
بسط سامرفلد و اثبات آن (0 پاسخ)
ارشد فیزیک پیام نور (1 پاسخ)
نظریه نسبیت قانون بقای جرم و پایستگی انرژی را نقض می‌کند؟ (2 پاسخ)
آیا ریل‌های قطارهایی که مگلو نیستند هم آهنربا می‌شوند؟ (1 پاسخ)
فرمول برای تعیین قدرت عدسی (1 پاسخ)
باردار کردن رسانا با باطری (0 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (221 پاسخ)
ابهام در مورد اصل فرما (اصل کمترین زمان) (4 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (975 پاسخ)
معرفی کانال های تلگرام فیزیک (9 پاسخ)
نیروی محرکه القایی در میدان مغناطیسی (0 پاسخ)
فیزیک کوانتوم (0 پاسخ)
جنس فضا زمان از چیست؟ (25 پاسخ)
چرا آذرخش در هوای آفتابی رخ نمیده؟ (6 پاسخ)
به طور کلی مفهوم انتگرال سه گانه چیست؟ (1 پاسخ)
فضای آنتی دوسیتر (1 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (98 پاسخ)
نقش نوع جریان AC یا DC در روشن شدن یا نشدن لامپهای ال ای دی (2 پاسخ)
ذره تاکیون (5 پاسخ)
زمین تخت گرایان (110 پاسخ)
دستگاه بیضوی (0 پاسخ)
رابطه میانگین قند خون سه ماهه انسات با اعداد پی ,فی ؛ ایی (0 پاسخ)
دستگاه مختصات راستگرد یعنی چی؟ (7 پاسخ)
اطلاعاتی جامع درباره فرکانس (7 پاسخ)
کتاب مناسب برای تانسورها و جبر برداری (0 پاسخ)
محاسبه ی مساحت بدن انسان برای تجویز دقیق دارو ها (2 پاسخ)
کتابی مناسب درباره نسبیت (8 پاسخ)
سرعت نور با سریهای عددی (0 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (224 پاسخ)
دوربین دو چشمی بخرم یا تلسکوپ ؟ (10 پاسخ)
تاثير ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي بر نور (30 پاسخ)
حل مسائل فیزیک هسته ای کنت کرین (22 پاسخ)
منظور پروفسور حسابی از بی نهایت بودن ذرات چه بوده؟ (39 پاسخ)
محاسبات کوانتومی (2 پاسخ)
پستی و بلندی‌های زمین به روایت ماهواره‌های آلمانی (2 پاسخ)
مسئله: برخورد ناکشسان دو قمر و افزایش جرم سکون (0 پاسخ)
انتگرال خطی (5 پاسخ)
طراحی یک تست ژنتیکی برای شناسایی زودهنگام خطر حمله قلبی (0 پاسخ)
تقسيم كردن يك زاويه به سه قسمت مساوي (56 پاسخ)
معمای وزنه ۳ کیلویی و اندازه‌گیری یک کیلوگرم گندم با ترازو (17 پاسخ)
فرمول ریاضی برای درمان کمبود ویتامین دی (2 پاسخ)
عدد طلایی و سیارات (2 پاسخ)
بردار مکان در سایر دستگاه ها (8 پاسخ)
فرمولی برای تمام ابعاد وجودی کره ! (2 پاسخ)
نوبل پزشکی به کاشفان شیوه جدید مقابله با سرطان تعلق گرفت (0 پاسخ)
اصطکاک چگونه انرژی گرمایی تولید میکند؟ (59 پاسخ)
عدد پی تغییر کرد! (21 پاسخ)
استفاده از اثرات میدان مغناطیسی برای چرخیدن دائم جسم (2 پاسخ)
خروج زمین از مدار گردش خود (1 پاسخ)
نسبیت، انرژی و ماده (1 پاسخ)
شمارا بودن اعداد گویا (0 پاسخ)
درهم تنیدگی کوانتومی تک ذره (3 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (106 پاسخ)
بیشترین دمای ممکن در هستی (3 پاسخ)
مقالات فیزیک
همکاری انسان و هوش‌مصنوعی برای پیروزی در یک بازی سخت
با ساعت‌های مغزتان آشنا شوید.
ستاره‌شناسان وسعت دقیق کهکشان بچه‌قورباغه را آشکار کردند.
چرا انرژی خورشیدی از همیشه ارزان‌تر شده است؟
اخترشناسان ابرنواختر خاصی را شناسایی کردند.
چقدر تحقیقات روان‌شناسی صحیح و قابل اطمینان هستند؟
پاسخی که می‌تواند ۹۵درصد باقیمانده از جهان را توضیح دهد!
درباره‌ی خانه‌های هوشمند آینده، چه می‌دانیم؟
رمزگشایی از مکانیسم یادآوری و فراموشی
ارزش موقعیت مکانی، در امید به زندگی انسان‌ها
ستارگان در کیهان چگونه شکل می‌گیرند؟
باکتری‌های روی پوست ما، معمولی و کُشنده!
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی چهار
چرا غروب خورشید در مریخ آبی‌رنگ است؟
روشی موثر و بدون‌درد برای دارورسانی به چشم
زمین با چه مصائبی دست و پنجه نرم می‌کند؟
سبک زندگی عاملی مهم در ابتلا به دیابت نوع ۲
تجزیه‌ی ترکیبات شیمیایی با کاتالیزوری جدید
فرصتی برای رصد دنباله‌داری درخشان در آسمان شب
نگرانی‌ دانشمندان از مصرف بالای سیگار الکترونیکی!
زمین‌شناسان، گودال بزرگی را در گرینلند پیدا کردند.
سریع‌ترین ماشین شبه مغز با یک میلیون پردازشگر
نور آبی، احتمال ابتلا به بیماری‌های قلبی را کاهش می‌دهد.
نگاهی نزدیک به زندگی نئاندرتال‌ها
یافته‌ی جدید ناسا درباره‌ی سپر مغناطیسی زمین
ارتباط تشعشعات رادیویی با سرطان
ناسا محل فرود مریخ‌نورد بعدی را اعلام کرد.
چرا سینه‌های زنان، بزرگ‌تر از سینه‌ی مردان است؟
کم‌آبی بدن می‌تواند عاملی برای بدخوابی در بزرگسالاتن باشد.
چگونه طلا را در دمای اتاق ذوب کنیم؟
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
کشف ابزاری ۶۰۰۰ ساله در خانه‌ی رئیس‌ جمهور آمریکا! (0+)
ردیابی دنیاهای پنهان، در ژرفای کیهان (0+)
پیشرفته شدن هوش مصنوعی چقدر خطر دارد؟ (0+)
ساخت پلیمری جدید با قابلیت خودتعمیری! (0+)
بیت‌کوین باعث گرمایش زمین تا ۲ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌شود؟! (0+)
غیرواقعی یا حقیقت؟ تکلیف مشاهدات یوفوها چیست؟ (0+)
سرنخ‌هایی برای حل رازی قدیمی در منظومه‌ی شمسی! (0+)
راهی علمی برای احیای باکتری‌های روده‌ای (0+)
کشف موزاییکی باستانی مربوط به عصر رومیان (0+)
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی یک (0+)
تاثیر مصرف لبنیات قبل از خواب (0+)
سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان‌ راه‌شیری، تنها نیست! (0+)
روشی برای بهبود تشخیص بیماری‌ها در بدو تولد (0+)
تهدیدی جدی برای سیاره‌های فراخورشیدی (0+)
به راستی چه کسی این قطعه یخ عظیم را با این دقت، برش داده؟ (0+)
ادامه ...