ஆற்றல் பாதுகாப்பு சட்டம்

நவீன இயற்பியல் பல்வேறு வகையான பொருள் உடல்கள் அல்லது துகள்களின் இயக்கம் அல்லது வெவ்வேறு பரஸ்பர ஏற்பாட்டுடன் தொடர்புடைய பல வகையான ஆற்றலை அறிந்திருக்கிறது, எடுத்துக்காட்டாக, எந்த நகரும் உடலும் அதன் வேகத்தின் சதுரத்திற்கு விகிதாசாரமாக இயக்க ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. உடலின் வேகம் கூடினாலோ அல்லது குறைந்தாலோ இந்த ஆற்றல் மாறலாம். தரையில் மேலே உயர்த்தப்பட்ட ஒரு உடல், உடலின் உயரத்தில் மூன்று மாற்றங்கள் மாறுபடும் ஈர்ப்பு ஆற்றல் ஆற்றல் கொண்டது.

கூலொம்பின் சட்டத்தின்படி, மின்னியல் ஆற்றல் கொண்ட மின்னியல் மின்னூட்டங்கள் ஒன்றுக்கொன்று சிறிது தூரத்தில் இருக்கும். அவர்களுக்கு இடையே உள்ள தூரம்.

இயக்கவியல் மற்றும் சாத்தியமான ஆற்றல் மூலக்கூறுகள், அணுக்கள் மற்றும் துகள்கள், அவற்றின் கூறுகள் - எலக்ட்ரான்கள், புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் போன்றவை. இயந்திர வேலை வடிவில், மின்னோட்டத்தின் ஓட்டத்தில், வெப்ப பரிமாற்றத்தில், உடல்களின் உள் நிலை மாற்றத்தில், மின்காந்த அலைகளின் பரவலில், முதலியன.

100 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு, இயற்பியலின் ஒரு அடிப்படை விதி நிறுவப்பட்டது, அதன்படி ஆற்றல் மறைந்துவிடவோ அல்லது ஒன்றுமில்லாமல் எழவோ முடியாது. அவளால் ஒரு வகையிலிருந்து இன்னொரு வகைக்கு மட்டுமே மாற முடியும். இந்த சட்டம் ஆற்றல் பாதுகாப்பு சட்டம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

ஏ. ஐன்ஸ்டீனின் படைப்புகளில், இந்த சட்டம் குறிப்பிடத்தக்க வகையில் உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. ஐன்ஸ்டீன் ஆற்றல் மற்றும் வெகுஜனத்தின் பரிமாற்றத்தை நிறுவினார், அதன் மூலம் ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியின் விளக்கத்தை விரிவுபடுத்தினார், இது இப்போது பொதுவாக ஆற்றல் மற்றும் நிறை பாதுகாப்பு விதி என்று கூறப்படுகிறது.

ஐன்ஸ்டீனின் கோட்பாட்டின்படி, உடலின் ஆற்றல் dE இல் ஏற்படும் எந்த மாற்றமும் dE =dmc2 சூத்திரத்தின் மூலம் அதன் நிறை dm இல் ஏற்படும் மாற்றத்துடன் தொடர்புடையது, இங்கு c என்பது வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் 3 x 108 மிஸ் ஆகும்.

இந்த சூத்திரத்திலிருந்து, குறிப்பாக, சில செயல்முறைகளின் விளைவாக, செயல்பாட்டில் ஈடுபட்டுள்ள அனைத்து உடல்களின் நிறை 1 கிராம் குறைந்தால், 9×1013 J க்கு சமமான ஆற்றல், இது 3000 டன்களுக்கு சமமானதாகும். நிலையான எரிபொருள்.

அணுசக்தி மாற்றங்களின் பகுப்பாய்வில் இந்த விகிதங்கள் முதன்மை முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை. பெரும்பாலான மேக்ரோஸ்கோபிக் செயல்முறைகளில், வெகுஜனத்தின் மாற்றம் புறக்கணிக்கப்படலாம் மற்றும் ஆற்றல் பாதுகாப்பு சட்டத்தை மட்டுமே பேச முடியும்.

சில உறுதியான உதாரணத்தில் ஆற்றலின் மாற்றங்களைக் கண்டுபிடிப்போம். ஒரு லேத் (படம் 1) மீது எந்தப் பகுதியையும் உற்பத்தி செய்வதற்குத் தேவையான ஆற்றல் மாற்றங்களின் முழு சங்கிலியையும் கவனியுங்கள். ஆரம்ப ஆற்றல் 1, நாம் எடுக்கும் அளவு 100%, ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு படிம எரிபொருளின் முழுமையான எரிப்பு காரணமாக பெறப்படுகிறது. எனவே, எங்கள் உதாரணத்திற்கு, 100% ஆரம்ப ஆற்றல் எரிபொருள் எரிப்பு தயாரிப்புகளில் உள்ளது, அவை அதிக (சுமார் 2000 K) வெப்பநிலையில் உள்ளன.

மின் உற்பத்தி நிலையத்தின் கொதிகலனில் உள்ள எரிப்பு பொருட்கள், குளிர்ச்சியடையும் போது, ​​நீர் மற்றும் நீராவிக்கு வெப்ப வடிவில் அவற்றின் உள் ஆற்றலை விட்டுவிடுகின்றன. இருப்பினும், தொழில்நுட்ப மற்றும் பொருளாதார காரணங்களுக்காக, எரிப்பு தயாரிப்புகளை சுற்றுப்புற வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்க முடியாது. அவை சுமார் 400 K வெப்பநிலையில் வளிமண்டலத்தில் குழாய் வழியாக வெளியேற்றப்பட்டு, அசல் ஆற்றலில் சிலவற்றை எடுத்துக் கொள்கின்றன. எனவே, ஆரம்ப ஆற்றலில் 95% மட்டுமே நீராவியின் உள் ஆற்றலுக்கு மாற்றப்படும்.

இதன் விளைவாக வரும் நீராவி நீராவி விசையாழியில் நுழையும், அங்கு அதன் உள் ஆற்றல் ஆரம்பத்தில் நீராவி சரங்களின் இயக்க ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது, பின்னர் இது இயந்திர ஆற்றலாக விசையாழி சுழலிக்கு அனுப்பப்படும்.

நீராவி ஆற்றலின் ஒரு பகுதியை மட்டுமே இயந்திர ஆற்றலாக மாற்ற முடியும். மின்தேக்கியில் நீராவி ஒடுங்கும்போது மீதமுள்ளவை குளிர்ந்த நீரில் கொடுக்கப்படுகின்றன. எங்கள் எடுத்துக்காட்டில், டர்பைன் ரோட்டருக்கு மாற்றப்படும் ஆற்றல் சுமார் 38% ஆக இருக்கும் என்று நாங்கள் கருதினோம், இது நவீன மின் உற்பத்தி நிலையங்களில் உள்ள விவகாரங்களின் நிலைக்கு ஒத்திருக்கிறது.

என்று அழைக்கப்படுவதால் இயந்திர ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் போது ஜெனரேட்டரின் ரோட்டர் மற்றும் ஸ்டேட்டர் முறுக்குகளில் ஜூல் இழப்புகள் சுமார் 2% ஆற்றலை இழக்கும். இதன் விளைவாக, ஆரம்ப ஆற்றலில் சுமார் 36% கட்டத்திற்குள் செல்லும்.

ஒரு மின்சார மோட்டார் தனக்கு வழங்கப்படும் மின் ஆற்றலின் ஒரு பகுதியை மட்டுமே லேத்தை சுழற்ற இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றும். எங்கள் எடுத்துக்காட்டில், மோட்டார் முறுக்குகளில் உள்ள ஜூல் வெப்பம் மற்றும் அதன் தாங்கு உருளைகளில் உள்ள உராய்வு வெப்பத்தின் வடிவத்தில் சுமார் 9% ஆற்றல் சுற்றியுள்ள வளிமண்டலத்தில் வெளியிடப்படும்.

இதனால், இயந்திரத்தின் வேலை செய்யும் உறுப்புகளுக்கு ஆரம்ப ஆற்றலில் 27% மட்டுமே வழங்கப்படும். ஆனால் ஆற்றல் விபத்துக்கள் அங்கு முடிவதில்லை. ஒரு பகுதியின் எந்திரத்தின் போது ஆற்றலின் பெரும்பகுதி உராய்வில் செலவிடப்படுகிறது மற்றும் வெப்பத்தின் வடிவத்தில் பகுதியை குளிர்விக்கும் திரவத்துடன் அகற்றப்படுகிறது. கோட்பாட்டளவில், அசல் பகுதியின் விரும்பிய பகுதியைப் பெறுவதற்கு ஆரம்ப ஆற்றலின் மிகச் சிறிய பகுதியே (எங்கள் எடுத்துக்காட்டில், 2% கருதப்படுகிறது) போதுமானதாக இருக்கும்.

அரிசி. 1. ஒரு லேத் மீது பணிப்பொருளை செயலாக்கும்போது ஆற்றல் மாற்றங்களின் வரைபடம்: 1 - வெளியேற்ற வாயுக்களுடன் ஆற்றல் இழப்பு, 2 - எரிப்பு பொருட்களின் உள் ஆற்றல், 3 - வேலை செய்யும் திரவத்தின் உள் ஆற்றல் - நீராவி, 4 - குளிரூட்டலில் இருந்து வெளியிடப்படும் வெப்பம் ஒரு விசையாழி மின்தேக்கியில் உள்ள நீர், 5 - ஒரு விசையாழி ஜெனரேட்டரின் சுழலியின் இயந்திர ஆற்றல், 6 - மின்சார ஜெனரேட்டரில் ஏற்படும் இழப்புகள், 7 - இயந்திரத்தின் மின் இயக்கியில் உள்ள கழிவுகள், 8 - இயந்திரத்தின் சுழற்சி இயந்திர ஆற்றல், 9 - உராய்வு வேலை, இது வெப்பமாக மாற்றப்பட்டு, திரவத்திலிருந்து பிரிக்கப்பட்டது, குளிரூட்டும் பகுதி, 10 - செயலாக்கத்திற்குப் பிறகு பகுதி மற்றும் சில்லுகளின் உள் ஆற்றலை அதிகரிக்கும் ...

இது மிகவும் பொதுவானதாகக் கருதப்பட்டால், கருத்தில் கொள்ளப்படும் உதாரணத்திலிருந்து குறைந்தது மூன்று மிகவும் பயனுள்ள முடிவுகளை எடுக்கலாம்.

முதலாவதாக, ஆற்றல் மாற்றத்தின் ஒவ்வொரு கட்டத்திலும் அதில் சில இழக்கப்படுகிறது ... இந்த அறிக்கையானது ஆற்றல் பாதுகாப்பு சட்டத்தை மீறுவதாக புரிந்து கொள்ளக்கூடாது. தொடர்புடைய மாற்றம் செய்யப்படும் பயனுள்ள விளைவு காரணமாக இது இழக்கப்படுகிறது. மாற்றத்திற்குப் பிறகு ஆற்றலின் மொத்த அளவு மாறாமல் இருக்கும்.

ஆற்றல் மாற்றம் மற்றும் பரிமாற்ற செயல்முறை ஒரு குறிப்பிட்ட இயந்திரம் அல்லது கருவியில் நடந்தால், இந்த சாதனத்தின் செயல்திறன் பொதுவாக செயல்திறன் (செயல்திறன்) மூலம் வகைப்படுத்தப்படுகிறது... அத்தகைய சாதனத்தின் வரைபடம் படம் காட்டப்பட்டுள்ளது. 2.

அரிசி. 2. ஆற்றலை மாற்றும் சாதனத்தின் செயல்திறனைத் தீர்மானிப்பதற்கான திட்டம்.

படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ள குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி, செயல்திறனை செயல்திறன் = Epol/Epod என வரையறுக்கலாம்.

இந்த வழக்கில், ஆற்றல் பாதுகாப்பு சட்டத்தின் அடிப்படையில், Epod = Epol + Epot இருக்க வேண்டும் என்பது தெளிவாகிறது.

எனவே, செயல்திறனை பின்வருமாறு எழுதலாம்: செயல்திறன் = 1 — (Epot / Epol)

FIG இல் காட்டப்பட்டுள்ள உதாரணத்திற்குத் திரும்புதல். 1, கொதிகலனின் செயல்திறன் 95%, நீராவியின் உள் ஆற்றலை இயந்திர வேலையாக மாற்றும் திறன் 40%, மின்சார ஜெனரேட்டரின் செயல்திறன் 95%, செயல்திறன் - ஒரு மின்சார இயக்கி என்று நாம் கூறலாம். இயந்திரம் - 75%, மற்றும் பணிப்பகுதியின் உண்மையான செயலாக்கத்தின் செயல்திறன் சுமார் 7% ஆகும்.

கடந்த காலத்தில், ஆற்றல் மாற்றத்தின் விதிகள் இன்னும் அறியப்படாதபோது, ​​மக்களின் கனவு நிரந்தர இயக்க இயந்திரம் என்று அழைக்கப்படுவதை உருவாக்கியது - ஆற்றல் செலவழிக்காமல் பயனுள்ள வேலை செய்யும் ஒரு சாதனம். அத்தகைய கற்பனையான இயந்திரம், அதன் இருப்பு ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியை மீறும், இன்று இரண்டாவது வகையான நிரந்தர இயக்க இயந்திரத்திற்கு மாறாக, முதல் வகையான நிரந்தர இயக்க இயந்திரம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. முதல் வகையான நிரந்தர இயக்க இயந்திரத்தை உருவாக்கும் சாத்தியம் தீவிரமாக உள்ளது.

இரண்டாவதாக, அனைத்து ஆற்றல் இழப்புகளும் இறுதியில் வெப்பமாக மாற்றப்படுகின்றன, இது வளிமண்டல காற்று அல்லது இயற்கை நீர்த்தேக்கங்களில் இருந்து நீர் வெளியிடப்படுகிறது.

மூன்றாவதாக, தொடர்புடைய நன்மை விளைவைப் பெறுவதற்கு செலவிடப்படும் முதன்மை ஆற்றலின் ஒரு சிறிய பகுதியை மட்டுமே மக்கள் பயன்படுத்துகின்றனர்.

ஆற்றல் போக்குவரத்து செலவுகளைப் பார்க்கும்போது இது குறிப்பாகத் தெரிகிறது. உராய்வு சக்திகளைக் கருத்தில் கொள்ளாத சிறந்த இயக்கவியலில், கிடைமட்டத் தளத்தில் நகரும் சுமைகளுக்கு ஆற்றல் தேவையில்லை.

உண்மையான நிலைமைகளில், ஒரு வாகனத்தால் நுகரப்படும் அனைத்து ஆற்றலும் உராய்வு சக்திகள் மற்றும் காற்று எதிர்ப்பு சக்திகளை கடக்க பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதாவது, இறுதியில், போக்குவரத்தில் நுகரப்படும் அனைத்து ஆற்றலும் வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது. இது சம்பந்தமாக, பின்வரும் புள்ளிவிவரங்கள் சுவாரஸ்யமானவை, பல்வேறு வகையான போக்குவரத்து மூலம் 1 டன் சரக்குகளை 1 கிமீ தொலைவில் நகர்த்துவதற்கான வேலையை வகைப்படுத்துகின்றன: விமானம் - 7.6 kWh / (t-km), கார் - 0.51 kWh / ( t- கிமீ), ரயில்-0.12 kWh / (t-km).

எனவே, இரயிலை விட 60 மடங்கு அதிக ஆற்றல் நுகர்வு செலவில் விமானப் போக்குவரத்தின் மூலம் அதே நன்மை விளைவை அடைய முடியும். நிச்சயமாக, அதிக ஆற்றல் நுகர்வு குறிப்பிடத்தக்க நேரத்தை சேமிக்கிறது, ஆனால் அதே வேகத்தில் (கார் மற்றும் ரயில்), ஆற்றல் செலவுகள் 4 மடங்கு வேறுபடுகின்றன.

மற்ற இலக்குகளை அடைவதற்காக மக்கள் அடிக்கடி ஆற்றல் திறனுடன் பரிமாற்றங்களைச் செய்கிறார்கள் என்று இந்த உதாரணம் தெரிவிக்கிறது, உதாரணமாக ஆறுதல், வேகம், முதலியன. ஒரு விதியாக, செயல்முறையின் ஆற்றல் திறன் நமக்கு மிகவும் ஆர்வமாக இல்லை - பொது தொழில்நுட்பம் மற்றும் செயல்முறைகளின் செயல்திறனின் பொருளாதார மதிப்பீடுகள் முக்கியம்... ஆனால் முதன்மை ஆற்றல் கூறுகளின் விலை அதிகரிக்கும் போது, ​​தொழில்நுட்ப மற்றும் பொருளாதார மதிப்பீடுகளில் ஆற்றல் கூறு மேலும் மேலும் முக்கியத்துவம் பெறுகிறது.