Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
! 2.11.2020 (L) Vykreslete si svůj první matematický výraz přes MathJax!
! 04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
17.01.2016 (Jel.) Rok 2016 s novými a novějšími krystaly od kolegy Pavla!
17.01.2016 (Jel.) Nabídka knih z oborů matematiky, fyziky, chemie
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 17. 05. 2021 12:04

Richard Tuček
Místo: Liberec
Příspěvky: 401
Reputace:   
Web
 

Energetický paradox

Ve fyzice se ENERGIE definuje jako schopnost konat práci.
Jsou různé druhy energie. Zákon zachování energie říká, že energii nelze zničit ani získat z ničeho. Energie se ovšem může měnit z jedné formy na druhou.
Může se měnit libovolně?

Přesto je ale energie, kterou např. nelze použít ke konání práce.
Např. teplo (druh energie) rovnoměrně rozložené nelze použít ke konání práce.

Offline

 

#2 17. 05. 2021 12:28

check_drummer
Příspěvky: 3217
Reputace:   88 
 

Re: Energetický paradox

Ahoj, a jak se ve fyzice definuje "schopnost konat"?


Popelka - pohádka o neprosté funkci nabývající minima v jediném bodě

Offline

 

#3 17. 05. 2021 14:21

Richard Tuček
Místo: Liberec
Příspěvky: 401
Reputace:   
Web
 

Re: Energetický paradox

Definice "schopnost konat práci" se chápe tak trochu intuitivně. Nevím, jak to definovat exaktně.
Také se zamysleme nad otázkou "Může se měnit libovolně?"  (viz minulý příspěvek)

Offline

 

#4 17. 05. 2021 16:59

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 3722
Reputace:   105 
 

Re: Energetický paradox

No, ona "schopnost konat práci" ... spíš bych řekl, že je to tak, že působením síly F po dráze ds vyrobíme element energie dE. Protože, alespoň v klasické fyzice, se dá každá forma energie takto vyrobit.


Ale jinak ... v termodynamice energie vůbec neznamená schopnost konat práci, to popisuje úplně jiná veličina, totiž volná energie (případně volná entalpie). Pak existuje také "vázaná energie", která žádnou práci konat nemůže.

Jenže termodynamika stojí na trochu jiných axiomech než Newtonovská fyzika, takže byť popisuje ten samý svět, je s ní vlastně v přímém rozporu.

Moderní definice energie stojí na tzv. theorému Noetherové, který říká, že s každou symetrií fyzikálních zákonů se pojí jistá veličina, jejíž hodnota se zachovává.

A energie je ta zachovávající-se veličina, spojená se symetrií v čase. Pokud budou fyzikální zákony platit stejně dnes jako zítra, tak bude existovat nějaká veličina, co se bude díky tomu zachovávat - a nazývá se "energie". Pokud by se fyzikální zákony v čase měnily, tak se energie zachovávat nebude.

Tahle definice je celkem univerzální, a nepotřebuje žádnou sílu ani dráhu ... protože třeba v kvantové mechanice tyhle veličiny tak nějak neexistují.

Ve skutečnosti je lepší definovat sílu pomocí energie, než energii pomocí síly. Pokud se nám při pohybu v nějakém směru o ds změní energie o dE, působí v tomto směru "síla" F = dE/ds. Ale z toho nutně neplyne, že když se energie nemění, tak nemůže existovat.

Na druhou stranu je pravda, že absolutní hodnotu energie nedokážeme zpravidla nějak jednoduše zjistit, a fyzikálně měřitelné důsledky mají jen její změny.

Offline

 

#5 17. 05. 2021 17:06

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 3722
Reputace:   105 
 

Re: Energetický paradox

Ještě k tomu teplu ... krom termodynamiky, která tyhle věci bere empiricky, existuje také statistická mechanika, která k tomu přistupuje s nástroji matematické teorie pravděpodobnosti.

A tak lze opravdu odvodit, že existují formy energie, které se nemohou jen tak změnit na nějakou jinou energii. Ale statistická mechanika vychází ze základního předpokladu, že pohyb částic je jistým způsobem náhodný.

Zatímco klasická mechanika (i ta relativistická) vycházejí z předpokladu, že pohyb částic je deterministický. To jsou zcela odlišné a neslučitelné předpoklady, takže se není čemu divit, že z nich také plynou zcela odlišné a neslučitelné závěry.

A úsměvné je, že ani jedna z těch teorií se nedá označit za správnou nebo špatnou. Každá funguje dobře na něco, na co se zase nehodí ta druhá.

A je také možné, že všem detailům té statistické teorie možná ještě ani úplně přesně nerozumíme...

Offline

 

#6 17. 05. 2021 17:17

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 3722
Reputace:   105 
 

Re: Energetický paradox

Když se nad tím totiž zamyslíš, tak ti nakonec dojde, že všechna "smysluplná práce" znamená, že energii musíme přeměnit na teplo (tzv. zmařit). Pokud chceme vytesat z kamene sochu, vyrobit na fréze díl, postavit budovu, uvařit oběd...všechna ta vynaložená "práce" končí jako teplo.

Pokud budeme jen měnit energii z jedné "ušlechtilé" podoby na jinou, jako třeba  nechanickou energii na elektrickou, tu potom třeba na energii stlačeného vzduchu, tu zase potom na kinetickou a tak pořád dá, tak z toho nic užitečného nevznikne.

To, co nás drží naživu a při smyslech je právě to "znehodnocování" či "rozptylování" energie, zkrátka vyrábění entropie. V tomto smyslu je energie jen nosič, ale žádný velký užitek z ní není. Užitek je z nízké entropie, kterou můžeme zvyšovat ... nízká entropie je to, co všechno pohání. Energie se jen zachovává, ale nic užitečného nedělá.

Offline

 

#7 18. 05. 2021 11:31 — Editoval Richard Tuček (18. 05. 2021 11:31)

Richard Tuček
Místo: Liberec
Příspěvky: 401
Reputace:   
Web
 

Re: Energetický paradox

To jsou velmi zajímavé myšlenky.

Také platí toto: Mechanickou energii lze přeměnit v teplo beze zbytku.
Např. při pohybu tělesa po podložce se kinetická energie změní v teplo. Pohyb tělesa po podložce bez tření je možný jen v ideální fyzice.

Neumíme ale teplo beze zbytku přeměnit na jiný druh energie.
Kdosi prohlásil: Energie, která se jednou změnila v teplo, se již nikdy úplně nezmění v jiný druh energie, část ji zůstane již navždy teplem.

Můžeme přeměnit část tepla v mechanickou práci, ale část ho přejde na nižší teplotu.
Dostat teplo z chladnějšího tělesa na teplejší lze jen vynaložením práce.
viz též 2. termodynamický zákon, který má mnoho formulací.
vit též Carnotův cyklus

Každý přechod tepla z teplejšího tělesa na chladnější představuje přírůstek entropie.

   (viz též moje stránky www.tucekweb.info, sekce fyzika)

Offline

 

#8 19. 05. 2021 15:24

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 3722
Reputace:   105 
 

Re: Energetický paradox

A teplo není mechanická energie? Protože podle mě se to v ničem neliší...

Offline

 

#9 20. 05. 2021 15:31

Richard Tuček
Místo: Liberec
Příspěvky: 401
Reputace:   
Web
 

Re: Energetický paradox

Zjednodušeně můžeme na teplo pohlížet jako na kinetickou energii neuspořádaného pohybu molekul.
Zamysleme se teoreticky. Co kdybychom nasměrovali všechny molekuly, aby se pohybovaly v jistém okamžiku stejným směrem. Pak by se těleso dalo v pohyb a molekuly byly vzhledem k sobě navzájem v klidu.
Je také pravda, že nasměrovat všechny molekuly jedním směrem je u lidí nemožné.

Offline

 

#10 26. 05. 2021 19:17

Richard Tuček
Místo: Liberec
Příspěvky: 401
Reputace:   
Web
 

Re: Energetický paradox

Vzniká další otázka:
Jak to, že je teplo od kamen pocitově jiné, než teplo od ústředního topení?

Offline

 

#11 27. 05. 2021 12:10

Richard Tuček
Místo: Liberec
Příspěvky: 401
Reputace:   
Web
 

Re: Energetický paradox

Druhý termodynamický zákon lze formulovat mnoha způsoby (viz učebnice fyziky).
Pro zajímavost uvedu, jak termodynamické zákony formuloval jistý vědec B. BALCAR
Množství energie ve vesmíru zůstává konstantní. Množství energie použitelné ke konání práce ubývá. (shrnul 1. a 2. Tz do jednoho)

Z tohoto vyplývá Balcarův teorém:
Vesmír spěje k tepelné smrti. Jen nadpřirozený Boží zásah ji může zabránit.
(viz též můj web. www.tucekweb.info)

Některé knihy o fyzice též zmiňují tepelnou smrt vesmíru.

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson