Năng lượng là gì? Nội dung định luật bảo toàn năng lượng

Năng lượng là một trong các yếu tố nền tảng, thiết yếu đối với sự sống. Các nghiên cứu về năng lượng có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống, kinh tế, các ngành công nghiệp,… Trong đó, định luật bảo toàn năng lượng là một tiền đề quan trọng cho các nghiên cứu khoa học – vật lý về năng lượng. Nếu quan tâm đến chủ đề này, mời các bạn cùng Thợ sửa xe tìm hiểu chi tiết qua những nội dung sau đây!

Tìm hiểu về năng lượng

Năng lượng là gì?

Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của một vật bất kỳ. Chỉ số năng lượng có liên quan chặt chẽ đến đến sự chuyển động vật chất gồm các hạt cơ bản và  từ trường. Dựa trên thuyết tương đối, năng lượng và khối lượng của vật có sự liên hệ với nhau.

Trong vật lý, năng lượng chính là một đại lượng vật lý được bảo toàn. Định luật bảo toàn năng lượng cho biết năng lượng có thể được chuyển qua nhiều dạng khác nhau, nhưng nó không hề được tạo ra hay phá hủy. Đây chính là một nền tảng kiến thức về năng lượng quan trọng mà chúng ta sẽ tìm hiểu ở phần sau.

Tìm hiểu về năng lượng và định luật bảo toàn năng lượng
Tìm hiểu về năng lượng và định luật bảo toàn năng lượng

Đơn vị của năng lượng

Năng lượng có thể được đo bởi nhiều đại lượng khác nhau, ngoài hai đại lượng phổ biến là Jun (Joules hoặc J)W, ta còn có calo, éc hay BTU.

Đơn vị để biểu thị năng lượng sẽ tùy thuộc vào loại năng lượng và được sử dụng cho những mục đích khác nhau. Điều này sẽ giúp ta dễ dàng hơn trong việc thực hiển chuyển đổi năng lượng từ đơn vị này sang đơn vị khác.

W hay kW (1 kW = 1000W) là đơn vị đo công suất hoặc dòng năng lượng. Ta có thể bắt gặp đại lượng này ở các chỉ số về điện.

Chẳng hạn: “Máy hút bụi công nghiệp công suất 1000W” có nghĩa là nó sẽ tiêu tốn mức năng lượng 1000W để hoạt động.

Định luật bảo toàn năng lượng

Định luật bảo toàn năng lượng là gì?

Trong hóa học và vật lý, “định luật bảo toàn năng lượng nói rằng tổng năng lượng của một hệ cô lập luôn không đổi; tức là nó được bảo toàn theo thời gian”.

Phát biểu định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng cụ thể như sau: “Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật thể này sang vật thể khác”.

Ví dụ: Thử thả một hòn bi vào trong 1 cái chén. Như vậy, năng lượng của hòn bi là thế năng hấp dẫn.

  • Khi bi rơi xuống chén, nó chuyển động quanh chiếc chén là động năng.
  • Đồng thời nó còn tạo ra tiếng động là âm năng.
  • Khi viên bi chuyển động gây ma sát với bề mặt chén, sinh ra nhiệt năng.

Như vậy, từ một dạng năng lượng ban đầu là thế năng, nó đã chuyển hóa thành ít nhất 3 dạng năng lượng mới (động năng, âm năng, nhiệt năng).

Tác giả định luật bảo toàn năng lượng

Julius Robert Mayer được các nhà vật lý học công nhận là tác giả của định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng
Julius Robert Mayer được các nhà vật lý học công nhận là tác giả của định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Định luật bảo toàn năng lượng là cả một quá trình nghiên cứu được nhiều nhà khoa học thực hiện. Nó được đề xuất và thử nghiệm đầu tiên bởi nhà vật lý học Émiliedu Châtelet.

Cho đến những năm 1981, nhà Vật lý học người Đức Julius Robert Mayer (1814 – 1878) đã có những phát biểu về bảo toàn năng lượng “Lực là những đối tượng không trọng lực, không bị hủy diệt và có khả năng chuyển hóa”.

Sau khi công cơ học ra đời và được công nhận vào năm 1826, James Prescott Joule – nhà khoa học 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” nổi tiếng.

Mặc dù có rất nhiều nhà nghiên cứu độc lập cùng tìm ra và chứng minh tính đúng đắn của “bảo toàn năng lượng”, nhưng giới vật lý học đều công nhận tác giả của định luật bảo toàn năng lượng là Julius Robert Mayer.

Kiến thức về bảo toàn năng lượng trong giao động cơ

Phát biểu: “Năng lượng trong dao động cơ thì được gọi là cơ năng. Trong một hệ kín cơ năng không đổi, cơ năng bằng tổng động năngthế năng”.

– Động năng của một vật là năng lượng được tạo ra từ sự chuyển động của vật đó.

Công thức tính động năng vật rơi tự do: Wd = ½(mv2)

Trong đó:

  • Wd: động năng của vật (đơn vị J)
  • m: khối lượng của vật (đơn vị g)
  • v: vận tốc của vật thể (đơn vị m/s)

– Thế năng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của một vật nào đó.

Công thức tính thế năng của một vật rơi tự do: Wt=mgh

Trong đó:

  • Wt: Thế năng của vật (đơn vị J)
  • m: Trọng lượng của vật (đơn vị g)
  • h: Độ cao của vật khi rơi tự do (đơn vị m)

Biểu thức bảo toàn cơ năng

W = Wd1 + Wt1 = Wd2 + Wt2 = ½ (mv12) +  mgh1 + ½ (mv22) +  mgh2

Trong đó:

Wd1: Động năng của vật ở vị trí có vận tốc là v1

Wd2: Động năng của vật ở vị trí có vận tốc là v2

Wt1: Thế năng của vật ở độ cao là h1 

Wt2: Thế năng của vật ở độ cao là h2

Các công thức xoay quanh định luật bảo toàn năng lượng

Các công thức liên quan định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng
Các công thức liên quan định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Trên đây là toàn bộ nội dung kiến thức xoay quanh định luật bảo toàn năng lượng. Mong rằng bài viết đã mang đến cho các bạn nhiều thông tin hữu ích, thiết thực.

Xem thêm:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *