250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 93)

Bảo toàn năng lượng

1843

James Prescott Joule (1818-1889)

“Định luật bảo toàn năng lượng đem lại… thứ gì đó để bám víu trong những thời khắc đêm muộn tĩnh lặng hãi hùng, khi bạn nghĩ tới cái chết và sự lãng quên,” nhà báo khoa học Natalie Angier viết. “Tổng riêng của bạn là E, năng lượng trong các nguyên tử của bạn và các liên kết giữa chúng, sẽ không bị hủy mất… Khối lượng và năng lượng tạo nên bạn sẽ thay đổi hình thức và vị trí, nhưng chúng vẫn sẽ ở đây, trong cái vòng lặp này của sự sống và ánh sáng, bữa tiệc vĩnh cửu đã ra đời cùng với một vụ nổ.”

Nói theo cổ điển, nguyên lí bảo toàn năng lượng phát biểu rằng năng lượng của các vật đang tương tác có thể thay đổi hình thức nhưng giữ không đổi trong một hệ kín. Năng lượng có nhiều hình thức, bao gồm động năng (năng lượng của chuyển động), thế năng (năng lượng dự trữ), hóa năng, và năng lượng ở dạng nhiệt. Xét một cung thủ làm biến dạng, hay kéo căng, một cái cung. Thế năng này của cái cung được biến đổi thành động năng của mũi tên khi cung được buông ra. Tổng năng lượng của cái cung và mũi tên, trên nguyên tắc, là bằng nhau trước và sau khi buông. Tương tự, hóa năng dự trữ trong một cục pin có thể biến đổi thành động năng của một động cơ đang quay. Thế năng hấp dẫn của một quả bóng đang rơi biến đổi thành động năng khi nó rơi. Một thời khắc trọng yếu trong lịch sử bảo toàn năng lượng là khám phá năm 1843 của nhà vật lí James Joule về cách thế năng hấp dẫn (bị mất đi bởi một vật nặng rơi xuống làm quay một mái chèo) bằng với năng lượng nhiệt mà nước thu được do ma sát với mái chèo. Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học thường được phát biểu như sau: Độ tăng nội năng của một hệ do đun nóng bằng với năng lượng nhận vào do sự đun nóng trừ đi công do hệ thực hiện lên môi trường xung quanh.

Lưu ý rằng trong ví dụ cái cung và mũi tên của chúng ta, khi mũi tên bắn trúng mục tiêu thì động năng của mũi tên biến đổi thành nhiệt. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học hạn chế các cách trong đó năng lượng nhiệt có thể biến đổi thành công cơ học.

XEM THÊM. Nỏ chữ thập (341 tCN), Máy chuyển động vĩnh cửu (1150), Bảo toàn động lượng (1644), Định luật Joule về sự tỏa nhiệt của dòng điện (1840), Định luật thứ hai của nhiệt động lực học (1850), Định luật thứ ba của nhiệt động lực học (1905), E = mc²(1905).

Thế năng của cái cung

Thế năng của cái cung bị kéo căng biến đổi thành động năng của mũi tên khi cung được thả ra. Khi mũi tên bắn trúng mục tiêu, động năng đó biến đổi thành nhiệt.

250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí
Clifford A. Pickover
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>