مشاوره رایگان تحصیلی
منو

قانون پایستگی انرژی

+ 123
رأی شما
- 206

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

+ 123
رأی شما
- 206



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
● تحصیل در کانادا
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
مرز فیزیک کوانتوم کجاست؟ (14 پاسخ)
زمین تخت گرایان (147 پاسخ)
شبیه سازی رنگ آبی آب دریا (2 پاسخ)
انفجار بزرگ (34 پاسخ)
محاسبه گشتاور مورد نیاز بلند کردن جسم (2 پاسخ)
طولِ موجِ پرتوی بازتابی از آینه ی شتابدار (سوالی نسبیتی) (95 پاسخ)
سوال درباره حرکت نسبیتی (28 پاسخ)
نیروی پنجم؟ (0 پاسخ)
کتاب ماجراجویی های فیزیکدان قرن بیستم (4 پاسخ)
درخواست مشاوره از دوستانی که فیزیک خوندن (50 پاسخ)
چرا الکترون روی هسته سقوط نمیکند؟ (15 پاسخ)
درخواست معرفی منابع آموزشی جهت یادگیری برخی محاسبات (5 پاسخ)
محاسبه طول یک رول کاغذ به ضخامت و شعاع مشخص (1 پاسخ)
فاصله ی بین نقاطِ شتابدار از دیدِ ناظران لَخت (سوالی نسبیتی) (79 پاسخ)
نوسانات کوانتومی (6 پاسخ)
سوالی پیش پا افتاده در تداخل ویرانگر دو موج نور (7 پاسخ)
نظر غالب در رابطه با انبساط کیهان چیست؟ (0 پاسخ)
نظریه گرانش حرکتی و اثبات کامل آن بر اساس نظریه نسبیت عمومی (9 پاسخ)
گالری عکس آسمان (645 پاسخ)
ضرایب پتانسیل (3 پاسخ)
روش فدیف (انجام محاسبات چند جسمی) (0 پاسخ)
آیا زمان بردار است؟ (چون جهت دارد: از گذشته رو به آینده) (19 پاسخ)
نگاهی نو به زمان (33 پاسخ)
تفاوت نیرو با انرژی چیست؟ (26 پاسخ)
توضیح چرایی انحراف جزئی سیاره عطارد از مدار خودش (3 پاسخ)
پیش بینی آینده ساختار کیهان بر اساس نظریه گرانش حرکتی (1 پاسخ)
نیروی الکتروگراویتی (3 پاسخ)
علت چرخش الکترون چیست؟ (13 پاسخ)
ساده ترین بیان برای منشاء گرانش (18 پاسخ)
پیش بینی چرخش خودکار کهکشان ها (0 پاسخ)
معرفی سه ساختار اصلی برای پایداری کهکشان ها (0 پاسخ)
توضیح کامل درباره ماهیت ماده تاریک بر اساس نظریه گرانش حرکتی (0 پاسخ)
توضیح کامل درباره ماهیت انرژی تاریک بر اساس نظریه گرانش حرکت (0 پاسخ)
کتاب فیزیک آینده (2 پاسخ)
جنس ذره برخورد کننده (5 پاسخ)
وجود قید در ترکیب (7 پاسخ)
چرخش به دور درخت با سرعت نور (18 پاسخ)
نیروی گرانش از کجا پدید می آید منشا آن چیست؟ (40 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (225 پاسخ)
علیت (16 پاسخ)
فعالیت نوری (2 پاسخ)
منظور هاوكينگ از به وجود آمدن جهان از هیچ چیست؟ (15 پاسخ)
زمان در مکانیک کوانتومی (3 پاسخ)
مدار RLC (1 پاسخ)
نور و میدان مغناطیسی (1 پاسخ)
تعریف فاصله در نسبیت و سازگاری نسبیت عام با مکانیک نیوتونی (20 پاسخ)
پایان نظریۀ نسبیت اینشین به تمام جهان اعلام می شود (10 پاسخ)
کهن‌ترین مولکول کیهان در فضا کشف شد! (0 پاسخ)
پایان نسبیت اینشتین با حل دقیق معادلات خود او ( فیزیک مطلق) (29 پاسخ)
اثبات حیرت آور فیزیک مطلق بر اثر سیارات روی سینگال های زمینی (17 پاسخ)
انفجار فیزیک توسط عدم برابری بار الکتریکی الکترون و پروتون (5 پاسخ)
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن (1 پاسخ)
نسبیت، انرژی و ماده (2 پاسخ)
قانون فاراده (1 پاسخ)
هسته درونی عطارد جامد است (0 پاسخ)
آیا عینک‌های فوتوکرومیک هم جزو مواد هوشمند هستند؟ (0 پاسخ)
نسبیت در سرعت زاویه ای (6 پاسخ)
حرکت ذره باردار در دو میدان (4 پاسخ)
نخستین مریخ‌لرزه ثبت شد! (0 پاسخ)
بسط تیلور (6 پاسخ)
مقالات فیزیک
بازوی رباتیک جدید را با ذهن کنترل کنید
نور آبی شما را می‌کُشد!
عمر خورشید چگونه تمام می‌شود؟
در قطب شمال مریخ چه می‌گذرد؟
کشف ویژگی جدید نور
مصرف آنتی‌بیوتیک، شما را در برابر آنفلوآنزا ضعیف می‌کند
بدون برش دی‌ان‌ای می‌توان ژنوم را تغییر داد!
خواب نامناسب چه بلایی به‌سر جمجمه می‌آورد؟
پرتوی‌های کیهانی عامل اصلی فرگشت
جاسوسی از یخچال‌های طبیعی هیمالیا
احتمال برگرداندن چه‌جور کیف‌پول گم‌شده‌ای بیشتر است؟
اسرار زندگی کروکودیل‌های باستانی فاش شد
کشف منشاء یک انفجار رادیویی
معجزه‌ی هوش‌مصنوعی در بخش پزشکی
شناسایی سلولی ضدآلرژی
چگونه یک سیاره متولد می‌شود؟
درمانی سریع برای اضافه وزن شدید
حافظه‌ی کامپیوترهای آینده را بشناسیم!
میکروب‌هایی که داروهای ما را می‌خورند
شگفتیِ انفجارهای گاما
در مرکز کهکشان راه‌شیری چه خبر است؟
حفره‌های اسرارآمیز دریای جنوبگان
گونه‌های مختلف نهنگ با هم جفتگیری می‌کنند!
نگاهی به اعماق کهکشانی از خوشه‌ی سنبله
آغاز عصر جدید زمین‌شناسی
حلقه‌های اسرارآمیز سیاره‌ی اورانوس
بگذارید بچه‌ها خاک بازی کنند!
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی سی و یک
کشف کرمی که سنگ‌ می‌خورد!
دلیلی برای خشکی سرخرگ‌ها
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
تاثیر مخرب کم‌خوابی بر بدن (0+)
سیبری سکونت‌گاهی خوش آب‌وهوا خواهد شد (0+)
آشکارسازی مرز پلاسمای کیهانی (0+)
ابتدا سیاه‌چاله‌ها بوده‌اند یا کهکشان‌ها؟ (0+)
گوشتخوارترین گیاه جهان (0+)
چرا بچه‌ی انسان دیرتر از بچه‌ی پستانداران دیگر رشد می‌کند؟ (0+)
عمر حلقه‌های زحل چقدر است؟ (0+)
ویرایش دی‌ان‌ای در فضا (0+)
چربی بدن شما را افسرده می‌کند (0+)
کشف دو سیاره‌ی زمین‌مانند در نزدیکی منظومه‌ی شمسی (0+)
چرا سگ‌ها بیشتر کودکان را گاز می‌گیرند؟ (0+)
مرسدس، قوانین فیزیک را دگرگون کرد! (0+)
پرچم هند در ماه بالا می‌رود (0+)
داروی فشار خون، آلزایمر را هم درمان می‌کند (0+)
رابطه با انسان باعث تکامل سگ‌ها شده است! (0+)
ادامه ...