Thế Nào Là Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng / TOP 8 # Xem Nhiều Nhất & Mới Nhất 6/2023 # Top View

Bảo toàn năng lượng là một trong những định luật nổi tiếng trong lĩnh vực Vật Lý. Và là một trong bốn định luật nhiệt động lực học mà bạn đã từng được học qua khi còn ngồi trên ghế nhà trường.

Định nghĩa bảo toàn năng lượng

Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi. Nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật này sang vật khác.

Đây chính là phát biểu khi nói đến bảo toàn năng lượng. Nó được xem là định luật cơ bản nhất trong vật lý học.

Bạn cũng có thể hiểu: “Trong vũ trụ, tổng năng lượng không hề thay đổi, nó chỉ có thể chuyển từ hệ này sang hệ khác”. Rõ ràng con người không thể tạo ra năng lượng, mà họ chỉ biến chuyển các dạng năng lượng với nhau mà thôi.

Sự hình thành và phát triển định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Mayer – tổng quan về các quan niệm

Mayer (1814 – 1878) là một bác sỹ y khoa và ông làm việc trên một tàu Viễn Dương. Ông được công nhận là người đầu tiên phát minh ra định luật bảo toàn năng lượng và chuyển hóa năng lượng.

Năm 1841, ông đã viết một công trình mang tên: “Về việc xác định các lực về mặt số lượng và chất lượng”.

Năm 1542, Mayer đã tiếp tục gửi đi một công trình thứ hai, “Nhận xét về các lực của thế giới vô sinh”. Ông đã đưa ra những lập luận chung về “lực”. Sau đó là chi tiết phân tích về sự chuyển hóa “lực rơi” chính là thế năng ngày nay. Và “hoạt lực” chính là động năng ngày nay. Và lần này ông kết luận “Lực là những đối tượng không trọng lượng, không bị hủy diệt và nó có khả năng chuyển hóa:

Năm 1845, ông tiếp tục hoàn thành một công trình mang tên” Chuyển động hữu cơ trong mối liên hệ với sự trao đổi chất”. Lần này ông tính lại đương lượng cơ của nhiệt là 367 kGm/kcal.

Sau này để tỏ lòng biết ơn người ra đã đặt tên cho công thức: Cp -Cv = R là phương trình Mayer.

Joule – xây dựng cơ sở thực nghiệm

Joule (1818 – 1889), ông là một chủ nhà máy sản xuất rượu bia lớn ở Anh. Với những đóng góp xuất sắc của mình, ông được công nhận là một trong những nhà khoa học phát minh ra định luật bảo toàn năng lượng và chuyển hóa năng lượng.

Năm 1843, ông công bố công trình: “Về hiệu quả nhiệt của điện từ và hiệu quả của cơ học”.

Năm 18409 – 1850, ông thực hiện một thí nghiệm kinh điển và được đưa vào sách giáo khoa. Ông đã xác định được đương lượng cơ học của nhiệt khoảng 424 kGm/kcal, đây là một con số khá chính xác.

Helmholtz – khảo sát định luật bảo toàn năng lượng và chuyển hóa năng lượng

Helmholtz (1821 – 1849), ông cũng là một bác sỹ, gia đình truyền thống kinh doanh vàng tại Đức.

Năm 1847, ông báo cáo với hội vật lý Berlin “Vấn đề bảo toàn các lực”. Ông đã nêu lên được “tổng các lực căng và các hoạt lực trong một hệ bao giờ cũng không đổi”.

Tiếp đến ông thực hhieenjkhaor sát và đưa ra nhiều kết luận chuẩn xác, làm tiền đề phát triển sau này. Ví dụ: “Khi có giao thoa ánh sáng, năng lượng của nó không bị tiêu hủy tại chỗ mà chỉ được phân bố lại, nó chỉ bị giảm khi sóng ánh sáng bị hấp thụ và khi đó nó chuyển thành các dạng năng lượng khắc như hóa năng hay nhiệt năng”.

Ngày nay định luật bảo toàn năng lượng và chuyển hóa năng lượng được các nhà khoa học nghiên cứu và hoàn thiện hơn. Và họ khẳng định rằng khoong một quá trình vật lý nào xảy ra mà phá hủy được 2 định luật này.

Ví dụ, với vật đen tuyệt đối, Fphản xạ = Ftruyền qua = 0, thì:

Còn trong lý thuyết tương đối thì nhà khoa học Albert Einstein đã chỉ ra rằng giữa năng lượng và khối lượng vật thể có một mối liên hệ nào đó.

Tất cả mọi vật xung quanh chúng ta diễn ra và hoạt động được đều nhờ năng lượng và mỗi một đối tượng lại sử dụng một loại năng lượng khác nhau.

Năng lượng được đo bởi rất nhiều đơn vị khác nhau, trong đó ta có: Jun (Joules hoặc J), calo, W, éc và BTU. Các đơn vị này sẽ được sử dụng tùy thuộc theo từng loại năng lượng và được sử dụng cho những mục đích khác nhau. Nhờ có các đơn vị này mà chúng ta cũng dễ dàng hơn trong việc chuyển đổi năng lượng từ đơn vị này sang đơn vị khác. Điều này cũng tương tự như việc chuyển khoảng cách đi bộ thành dặm và km.

W là đơn vị được sử dụng để đo công suất hoặc dòng năng lượng. Thông thường thì các thiết bị gia dụng sẽ đo công suất bằng W, số W càng cao thì thiết bị hoạt động càng mạnh và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.

Ví dụ: Máy nước nóng có công suất 1000W thì nói sẽ sử dụng 1000W cho mỗi lần sử dụng.

Bên cạnh đó thì thời gian cũng là một phần để đo năng lượng. Nếu máy nước nóng có công suất 1000W sử dụng trong 1 giờ thì nó sẽ tiêu tốn khoảng 1kWh.

Định luật bảo toàn năng lượng và người đã tìm ra nó

Trong Vật lý và Hóa học, định luật bảo toàn năng lượng phát biểu rằng năng lượng của một hệ cô lập là không đổi. Điều này có nghĩa là năng lượng được bảo toàn theo thời gian. Nó không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác hoặc chuyển từ vật này sang vật khác.

Định luật bảo toàn năng lượng ra đời là cả một quá trình nghiên cứu phát triển của rất nhiều nhà khoa học. Năm 1841 nhà Vật lý học người Đức Julius Robert Mayer (1814 – 1878) sau một chuyến đi thực tế đã nghiên cứu về “Việc xác định các lực về mặt số lượng và chất lượng” gửi đến tạp chí “Biên niên vật lý học”. Tuy nhiên bản thảo này đã không được đăng tải.

Tới năm 1842 Mayer gửi công trình nghiên cứu thứ 2 với tên gọi “Nhận xét về các thế lực của thế giới vô sinh” đăng trên tạp chí Biên niên hóa học và dược học. Tại đây ông đã đưa ra những lập luận và phân tính sự chuyển hóa từ thế năng thành động năng. Và ông kết luận “Lực là những đối tượng không trọng lực, không bị hủy diệt và có khả năng chuyển hóa.

Đến năm 1845 Mayer lại tiếp tục hoàn thành công trình mới tên “Chuyển động hữu cơ trong mối liên hệ với sự trao đổi chất”. Ông quyết định xuất bản công trình này thành một cuốn sách nhỏ. Cứ như vậy ba công trình của ông đã nêu lên được những tư tưởng tổng quát nhất về định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Tuy nhiên, rất không may cho ông là công trình thứ nhất không được công bố, công trình thứ 2 không được các nhà Vật Lý quan tâm. Và cứ như thế việc chứng minh định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng của Mayer trở nên khó khăn.

Năm 1970 Rumpho đã thực hiện một thí nghiệm bằng cách ngâm một nòng súng trong một thùng nước và khoan nó bằng một chiếc khoan cùn. Sau khoảng 2 giờ rưỡi thì nước bắt đầu sôi. Ông cho rằng đây là thí nghiệm chứng tỏ nhiệt là một loại chuyển động, nhưng do chưa có khái niệm về công cơ học nên nghiên cứu này không mang ý nghĩa gì.

Đến năm 1826 công cơ học ra đời và được công nhận. Cùng lúc này thí nghiệm khuấy nước nổi tiếng của James Prescott Joule đã chứng minh được sự chuyển hóa năng lượng từ công thành nhiệt năng (1854). Đây chính là nền tảng của định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.

Song song với các nhà nghiên cứu khác thì Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz – Bác sĩ kiêm nhà Vật lý người Đức cũng đã có những công trình nghiên cứu về sự bảo toàn năng lượng (1847). Sau đó ông quyết định mở rộng phạm vi nghiên cứu và đem nó ứng dụng vào nhiều trường hợp khác nhau. Từ đó những lý luận sẵn có của các nhà khoa học trước đó được ông phát triển và lần lượt chứng minh rằng năng lượng vĩnh viễn không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển hóa thành nhiệt, âm thanh, ánh sáng,…

Mặc dù có rất nhiều nhà nghiên cứu độc lập cùng tìm ra cách chứng minh cho tính đúng đắn của định luật bảo toàn năng lượng. Nhưng các nhà Vật Lý đều công nhận Người tìm ra định luật này đầu tiên chính là Julius Robert Mayer.

Theo các nghiên cứu đưa ra thì năng lượng được phân chia thành các dạng phổ biến như:

Động năng của vật chuyển động

Lực hấp dẫn, điện hoặc từ’ hay chính là năng lượng tiềm tàng được lưu trữ bởi các vị trí của vật trong trường lực.

Lực đàn hồi được lưu trữ lại bằng cách kéo căng các vật thể rắn.

Năng lượng hóa học được giải phóng do nhiên liệu bị đốt cháy.

Năng lượng bức xạ mang theo ánh sáng

Năng lượng nhiệt do nhiệt độ của một vật thể nào đó.

Tổng năng lượng của một hệ thống sẽ được phân chia thành thế năng, động năng hoặc kết hợp cả hai với nhiều cách khác nhau.

Năng lượng động lực được xác định bởi những chuyển động của một vật thể hoặc chuyển động tổng hợp của các thành phần của một vật thể. Năng lượng tiềm năng sẽ phản ánh lên những tiềm năng của một vật thể có chuyển động. Hay nói chung đó là một chức năng đến từ vị trí của một vật thể trong một trường hoặc có thể được lưu trữ trong chính nó.

Mặc dù hai loại này đã đủ để mô tả tất cả các dạng của năng lượng nhưng nó thường thuận tiện hơn khi đề cập đến sự kết hợp cụ thể của thế năng và động năng như dạng riêng của nó.

Tại sao năng lượng lại quan trọng đối với đời sống con người

Tổng năng lượng trong vũ trụ là có hạn, chúng ta không thể tạo ra hay phá hủy năng lượng mà chỉ có thể biến đổi hay chuyển đổi nó. Chúng ta không thể phủ nhận được vai trò to lớn của năng lượng đối với con người và đời sống. Bởi nó ảnh hưởng trực tiếp tới sự tồn tại, phát triển của con người.

Trong hoạt động sống, cơ thể của chúng ta cần phải nạp các loại thức ăn như: cơm cá, thịt, rau,… vào cơ thể sau đó các bộ phận sẽ chuyển hóa các chất này thành năng lượng duy trì sự sống cho cơ thể.

Trong các hoạt động công nghiệp, sản xuất, lắp ráp, chế tạo,… thì các loại năng lượng khác nhau đến từ cả năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo đã góp phần quan trọng trong việc duy trì thúc đẩy mọi mặt đời sống, kinh tế con người phát triển. Nếu không có năng lượng thì chắc chắn chưng at sẽ không có cuộc sống như ngày hôm nay.

I. Khái niệm cơ năng là gì?

Cơ năng là gì? Là khái niệm được dùng để chỉ khả năng sản sinh công của một vật. Khi vật có khả năng sinh ra công càng lớn thì cơ năng của vật đó càng lớn. Đơn vị của cơ năng là Jun (J).

Cơ năng được chia làm hai dạng đó là thế năng và động năng. Cụ thể như sau:

Động năng là gì?

Động năng được dùng để chỉ cơ năng của một vật được tạo ra do chuyển động. Khi một vật chuyển động càng nhanh và có khối lượng càng lớn thì động năng của vật đó càng lớn. Ví dụ: hòn bi đang lăn.

Thế năng là gì?

Thế năng trọng trường

Thế năng được xác định bởi độ cao của vật so với mặt đất (ta có thể không lấy mặt đất mà lấy một vị trí khác làm mốc để tính độ cao) được gọi là thế năng trọng trường. Hay nói cách khác, cơ năng của một vật sẽ phụ thuộc vào độ cao của vật với một điểm xác định làm mốc để tính độ cao.

Vật được đặt cách càng cao so với mốc tính thì thế năng càng lớn, khi vật được đặt trên mặt đất hoặc mốc tính thì thế năng trọng trường của vật lúc này bằng 0. Ví dụ như quạt trần so với nền nhà.

Ngoài ra, thế năng trọng trường của vật còn phụ thuộc vào khối lượng của nó. Khối lượng của vật càng nhỏ thì thế năng càng nhỏ.

Thế năng đàn hồi

Thế năng đàn hồi là khái niệm được dùng để chỉ việc cơ năng của một vật bị ảnh hưởng bởi độ biến dạng của vật. Ví dụ như lò xo.

Một vật có thể có cả thế năng và động năng. Lúc này cơ năng của vật sẽ là tổng của thế năng và động năng. Một vật có cả động năng và thế năng ví dụ như trái cây rụng, lá rơi, máy bay đang cất cánh…

Như vậy, khi một vật đang chuyển động trong trọng trường thì cơ năng của nó bằng tổng của động năng và thế năng. Từ đó ta có công thức tính cơ năng như sau:

W = Wđ + Wt = ½ mv2 + mgz

II. Sự bảo toàn cơ năng

Bên cạnh cơ năng là gì? Định luật bảo toàn cơ năng là định luật bảo toản chỉ số cơ năng của một vật khi vật chuyển động trong trọng trường và chỉ chịu tác động của trọng lực hoặc lực đàn hồi (không chịu thêm tác động của bất kỳ lực nào khác như lực ma sát, lực cản…). Hiểu một cách đơn giản là thế năng và động năng của vật có thể bị biến đổi qua lại trong quá trình vật chuyển động trong trọng trường song tổng của chúng không biến đổi khi vật chỉ chịu tác động của trọng lực và lực đàn hồi.

Định luật bảo toàn cơ năng: Trong khi chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và tổng của chúng,  tức là cơ năng của vật, được bảo toàn (không đổi theo thời gian).

III. Hệ quả 

Từ định luật trên chúng ta có thể thấy, trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường, nếu thế năng của vật giảm thì động năng của vật sẽ tăng và ngược lại khi động năng của vật tăng thế năng của vật sẽ giảm. Đồng thời, tại vị trí mà động năng ở cực đại thì thế năng sẽ ở cực tiểu và ngược lại khi thế năng ở cực đại, động năng sẽ ở cực tiểu.

IV. Cơ năng của một vật khi chịu tác động của lực đàn hồi

Hiểu rõ cơ năng là gì? Khi một vật trong quá trình chuyển động chịu tác động của lực đàn hồi được tạo ra bởi sự biến dạng của lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật sẽ bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật. Đại lượng này là đại một đại lượng được bảo toàn.

Lưu ý: Định luật bảo toàn cơ năng của một vật chỉ đúng khi vật không chịu thêm bất kì lực tác động từ bên ngoài nào ngoại trừ trọng lực và lực đàn hồi. Nếu trong quá trình chuyển động vật chịu thêm tác động của các lực như lực ma sát, lực cản… thì cơ năng của vật sẽ bị biến đổi. Công của các lực tác động thêm lên vật (lực ma sát, lực cản…) sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng.

Trong phần kiến thức về cơ năng thì định luật bảo toàn là mảng kiến thức quan trọng nhất các bạn cần nắm vững. 

Rate this post

Định luật bảo toàn khối lượng là gì?

1. Định nghĩa

Trong một phản ứng hóa học bất kỳ, tổng khối lượng các chất tạo thành từ phản ứng bằng khối lượng tất cả các chất tham gia phản ứng, chúng chỉ được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác.

Hay còn được phát biểu là khối lượng trong một hệ cô lập không được tạo ra cũng như không bị phá hủy bởi các phản ứng hóa học hoặc biến đổi vật lý.

2. Điều kiện 

Chất phản ứng: Bất kỳ đơn chất hay hợp chất nào tham gia trực tiếp hay gián tiếp đều được tính là khối lượng chất tham gia phản ứng ban đầu.

Không thể tạo ra hoặc phá hủy khối lượng mới, nó chỉ đơn thuần là sắp xếp lại trật tự các đơn chất và hợp chất mới.

3. Công thức áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

Với định luật này, chúng ta có thể xác định được khối lượng của các chất tham gia phản ứng và các chất tạo thành nếu biết tổng khối lượng phản ứng.

Công thức tổng quát

mA + mB + …+ MN = mA1 + mB1 + … + mN1

Trong đó:

mA, mB, mN: Khối lượng các chất tham gia phản ứng

mA1, mB1, mN1: Khối lượng các chất tạo thành phản ứng.

Nếu đề bài đã cho biết khối lượng 2 chất tham gia là A, B và khối lượng 1 chất tạo thành là D. Dựa theo định luật, ta có thể tính được khối lượng chất tạo thành còn lại là C bằng công thức:

Bài tập ví dụ áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

Bài tập 1: Với 10g  canxi cacbonat (CaCO3 ) người ta có thể tạo ra 3,8 gam khí cacbonic (CO2 ) và x gam canxi oxit (CaO). Hãy viết phương trình phản ứng trên và tính khối lượng CaO được tạo thành

Đáp án:

Trong phản ứng trên có 1 chất tham gia và tạo thành 2 sản phẩm mới. 

Theo định luật ta có:

mCaCO3 = mCaO + mCO2 

Vậy khối lượng CaO tạo thành là 6,2g.

Đáp án

Áp dụng định luật ta có:

mNa2SO4 + mBaCl2 = mBaSO4 + mNaCl

Vậy khối lượng của BaCl2 đã tham gia phản ứng là 20,8g.

Kết luận: Đây là toàn bộ kiến thức cho câu hỏi định luật bảo toàn khối lượng là gì? Công thức tính và bài tập ví dụ minh họa chi tiết.