শক্তি সংরক্ষণের আইন

আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান গতির সাথে সম্পর্কিত অনেক ধরণের শক্তি বা বিভিন্ন ধরণের বস্তুগত সংস্থা বা কণার বিভিন্ন পারস্পরিক বিন্যাস সম্পর্কে জানে, উদাহরণস্বরূপ, যে কোনও চলমান দেহের গতিবেগের বর্গের সমানুপাতিক গতিশক্তি থাকে। শরীরের গতি বাড়লে বা কমে গেলে এই শক্তির পরিবর্তন হতে পারে। মাটির উপরে উত্থিত একটি দেহের একটি মহাকর্ষীয় সম্ভাব্য শক্তি থাকে যা শরীরের উচ্চতায় তিনটি পরিবর্তন করে।

স্থির বৈদ্যুতিক চার্জগুলি যেগুলি একে অপরের থেকে কিছু দূরত্বে থাকে তাদের একটি ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক সম্ভাব্য শক্তি থাকে এই সত্য অনুসারে যে, কুলম্বের আইন অনুসারে, চার্জগুলি হয় আকর্ষণ করে (যদি সেগুলি বিভিন্ন চিহ্নের হয়) বা বর্গের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক বলের সাথে বিকর্ষণ করে। তাদের মধ্যে দূরত্ব।

গতি এবং সম্ভাব্য শক্তি অণু, পরমাণু এবং কণা, তাদের উপাদান - ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন ইত্যাদি দ্বারা ধারণ করে। যান্ত্রিক কাজের আকারে, বৈদ্যুতিক প্রবাহের প্রবাহে, তাপের স্থানান্তরে, দেহের অভ্যন্তরীণ অবস্থার পরিবর্তনে, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের প্রচারে ইত্যাদি।

100 বছরেরও বেশি আগে, পদার্থবিজ্ঞানের একটি মৌলিক আইন প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল, যার মতে শক্তি অদৃশ্য হতে পারে না বা কিছুই থেকে উৎপন্ন হতে পারে না। তিনি কেবল এক প্রকার থেকে অন্য প্রকারে পরিবর্তন করতে পারেন... এই আইনকে শক্তি সংরক্ষণের আইন বলা হয়।

এ. আইনস্টাইনের কাজে, এই আইনটি উল্লেখযোগ্যভাবে বিকশিত হয়েছে। আইনস্টাইন শক্তি এবং ভরের বিনিময়যোগ্যতা প্রতিষ্ঠা করেছিলেন এবং এর ফলে শক্তির সংরক্ষণের আইনের ব্যাখ্যাকে প্রসারিত করেছিলেন, যা এখন সাধারণত শক্তি এবং ভর সংরক্ষণের আইন হিসাবে বলা হয়।

আইনস্টাইনের তত্ত্ব অনুসারে, শরীরের শক্তি dE-তে যে কোনও পরিবর্তন dE = dmc2 সূত্র দ্বারা তার ভর dm-এর পরিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত, যেখানে c হল শূন্যে আলোর গতি 3 x 108 Miss এর সমান।

এই সূত্র থেকে, বিশেষ করে, এটি অনুসরণ করে যে, যদি কিছু প্রক্রিয়ার ফলে, প্রক্রিয়ায় জড়িত সমস্ত দেহের ভর 1 গ্রাম হ্রাস পায়, তবে শক্তি 9×1013 J এর সমান, যা 3000 টন এর সমতুল্য। আদর্শ জ্বালানী।

পারমাণবিক রূপান্তর বিশ্লেষণে এই অনুপাতগুলি প্রাথমিক গুরুত্বের। বেশিরভাগ ম্যাক্রোস্কোপিক প্রক্রিয়ায়, ভরের পরিবর্তনকে উপেক্ষা করা যেতে পারে এবং শুধুমাত্র শক্তি সংরক্ষণের আইনের কথা বলা যেতে পারে।

আসুন কিছু নির্দিষ্ট উদাহরণে শক্তির রূপান্তরগুলি ট্রেস করি। লেদ-এ যেকোনো অংশ তৈরি করতে প্রয়োজনীয় শক্তি রূপান্তরের সম্পূর্ণ চেইন বিবেচনা করুন (চিত্র 1)। প্রারম্ভিক শক্তি 1 ধরুন, যে পরিমাণ আমরা 100% হিসাবে গ্রহণ করি, একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ জীবাশ্ম জ্বালানীর সম্পূর্ণ দহনের কারণে প্রাপ্ত হয়। অতএব, আমাদের উদাহরণের জন্য, প্রাথমিক শক্তির 100% জ্বালানী দহনের পণ্যগুলিতে থাকে, যা উচ্চ (প্রায় 2000 কে) তাপমাত্রায় থাকে।

বিদ্যুৎকেন্দ্রের বয়লারে দহনের পণ্যগুলি, ঠান্ডা হয়ে গেলে, জল এবং জলীয় বাষ্পে তাপ আকারে তাদের অভ্যন্তরীণ শক্তি ছেড়ে দেয়। যাইহোক, প্রযুক্তিগত এবং অর্থনৈতিক কারণে, দহন পণ্যগুলি পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় ঠান্ডা করা যায় না। এগুলি টিউবের মাধ্যমে প্রায় 400 K তাপমাত্রায় বায়ুমণ্ডলে নির্গত হয়, তাদের সাথে কিছু মূল শক্তি নিয়ে যায়। অতএব, প্রাথমিক শক্তির মাত্র 95% জলীয় বাষ্পের অভ্যন্তরীণ শক্তিতে স্থানান্তরিত হবে।

ফলস্বরূপ জলীয় বাষ্প বাষ্প টারবাইনে প্রবেশ করবে, যেখানে এর অভ্যন্তরীণ শক্তি প্রাথমিকভাবে আংশিকভাবে বাষ্প স্ট্রিংগুলির গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হবে, যা পরে টারবাইন রটারে যান্ত্রিক শক্তি হিসাবে প্রেরণ করা হবে।

বাষ্প শক্তির শুধুমাত্র কিছু অংশ যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত হতে পারে। বাষ্প যখন কনডেন্সারে ঘনীভূত হয় তখন শীতল জলে দেওয়া হয়। আমাদের উদাহরণে, আমরা ধরে নিয়েছি যে টারবাইন রটারে স্থানান্তরিত শক্তি প্রায় 38% হবে, যা আধুনিক পাওয়ার প্ল্যান্টের অবস্থার সাথে মোটামুটি মিলে যায়।

যান্ত্রিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করার সময় তথাকথিত কারণে জেনারেটরের রটার এবং স্টেটর উইন্ডিংয়ে জুলের ক্ষতি প্রায় 2% শক্তি হারাবে। ফলস্বরূপ, প্রাথমিক শক্তির প্রায় 36% গ্রিডে যাবে।

একটি বৈদ্যুতিক মোটর লেদ ঘোরানোর জন্য এটিতে সরবরাহ করা বৈদ্যুতিক শক্তির শুধুমাত্র একটি অংশকে যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত করবে। আমাদের উদাহরণে, মোটর উইন্ডিংয়ে জুল তাপের আকারে শক্তির প্রায় 9% এবং এর বিয়ারিংগুলিতে ঘর্ষণীয় তাপ আশেপাশের বায়ুমণ্ডলে ছেড়ে দেওয়া হবে।

এইভাবে, প্রাথমিক শক্তির মাত্র 27% মেশিনের কার্যকারী অঙ্গগুলিতে সরবরাহ করা হবে। কিন্তু শক্তি দুর্ঘটনা সেখানেও শেষ হয় না। দেখা যাচ্ছে যে কোনও অংশের মেশিনিংয়ের সময় বেশিরভাগ শক্তি ঘর্ষণে ব্যয় হয় এবং অংশটিকে শীতল করে এমন তরল দিয়ে তাপের আকারে সরানো হয়। তাত্ত্বিকভাবে, প্রাথমিক শক্তির শুধুমাত্র একটি খুব ছোট ভগ্নাংশ (আমাদের উদাহরণে, 2% ধরে নেওয়া হয়) মূল অংশের পছন্দসই অংশ পেতে যথেষ্ট হবে।

ভাত। 1. লেদ-এ ওয়ার্কপিস প্রক্রিয়াকরণের সময় শক্তির রূপান্তরের চিত্র: 1 — নিষ্কাশন গ্যাসের সাথে শক্তির ক্ষয়, 2 — জ্বলন পণ্যের অভ্যন্তরীণ শক্তি, 3 — কার্যকারী তরলের অভ্যন্তরীণ শক্তি — জলীয় বাষ্প, 4 — শীতল থেকে নির্গত তাপ একটি টারবাইন কনডেনসারে জল, 5 — টারবাইন জেনারেটরের রটারের যান্ত্রিক শক্তি, 6 — বৈদ্যুতিক জেনারেটরের ক্ষতি, 7 — মেশিনের বৈদ্যুতিক ড্রাইভে বর্জ্য, 8 — মেশিনের ঘূর্ণনের যান্ত্রিক শক্তি, 9 — ঘর্ষণজনিত কাজ, যা তাপে রূপান্তরিত হয়, তরল থেকে পৃথক করা হয়, শীতল অংশ, 10 - প্রক্রিয়াকরণের পরে অংশ এবং চিপগুলির অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধি করে ...

বিবেচনাধীন উদাহরণ থেকে কমপক্ষে তিনটি খুব দরকারী উপসংহার টানা যেতে পারে, যদি এটি মোটামুটি সাধারণ হিসাবে বিবেচিত হয়।

প্রথমত, শক্তি রূপান্তরের প্রতিটি ধাপে এর কিছু অংশ হারিয়ে যায়... এই বিবৃতিটিকে শক্তি সংরক্ষণের আইন লঙ্ঘন হিসাবে বোঝা উচিত নয়। এটি সেই উপকারী প্রভাবের কারণে হারিয়ে গেছে যার জন্য সংশ্লিষ্ট রূপান্তর সঞ্চালিত হয়। রূপান্তরের পর মোট শক্তির পরিমাণ অপরিবর্তিত থাকে।

যদি শক্তি রূপান্তর এবং স্থানান্তর প্রক্রিয়া একটি নির্দিষ্ট মেশিন বা যন্ত্রপাতিতে সঞ্চালিত হয়, তাহলে এই ডিভাইসের কার্যকারিতা সাধারণত দক্ষতা (দক্ষতা) দ্বারা চিহ্নিত করা হয়... এই জাতীয় ডিভাইসের একটি চিত্র চিত্রে দেখানো হয়েছে। 2.

ভাত। 2. শক্তি রূপান্তর করে এমন একটি ডিভাইসের কার্যকারিতা নির্ধারণের জন্য পরিকল্পনা।

চিত্রে দেখানো স্বরলিপি ব্যবহার করে, দক্ষতাকে দক্ষতা = Epol/Epod হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে

এটা স্পষ্ট যে এই ক্ষেত্রে, শক্তি সংরক্ষণের আইনের উপর ভিত্তি করে, Epod = Epol + Epot থাকতে হবে

অতএব, দক্ষতাকে নিম্নরূপ লেখা যেতে পারে: দক্ষতা = 1 — (ইপোট / ইপোল)

FIG এ দেখানো উদাহরণে ফিরে আসা। 1, আমরা বলতে পারি যে বয়লারের কার্যকারিতা 95%, বাষ্পের অভ্যন্তরীণ শক্তিকে যান্ত্রিক কাজে রূপান্তর করার দক্ষতা 40%, বৈদ্যুতিক জেনারেটরের কার্যকারিতা 95%, কার্যক্ষমতা হল — একটি বৈদ্যুতিক ড্রাইভ মেশিন - 75%, এবং ওয়ার্কপিসের প্রকৃত প্রক্রিয়াকরণের দক্ষতা প্রায় 7%।

অতীতে, যখন শক্তি রূপান্তরের নিয়মগুলি এখনও জানা ছিল না, তখন মানুষের স্বপ্ন ছিল একটি তথাকথিত চিরস্থায়ী গতির যন্ত্র তৈরি করা — এমন একটি যন্ত্র যা শক্তি ব্যয় না করেই কার্যকর কাজ করবে। এই ধরনের একটি অনুমানমূলক ইঞ্জিন, যার অস্তিত্ব শক্তি সংরক্ষণের আইন লঙ্ঘন করবে, আজকে দ্বিতীয় ধরণের চিরস্থায়ী গতি যন্ত্রের বিপরীতে প্রথম ধরণের একটি চিরস্থায়ী গতি যন্ত্র বলা হয়। আজকে, অবশ্যই, কেউ গ্রহণ করে না গুরুতরভাবে প্রথম ধরনের একটি চিরস্থায়ী গতি মেশিন তৈরি করার সম্ভাবনা.

দ্বিতীয়ত, সমস্ত শক্তির ক্ষতি শেষ পর্যন্ত তাপে রূপান্তরিত হয়, যা হয় বায়ুমণ্ডলীয় বাতাসে বা প্রাকৃতিক জলাধার থেকে জলে নির্গত হয়।

তৃতীয়ত, মানুষ প্রাসঙ্গিক উপকারী প্রভাব প্রাপ্তির জন্য ব্যয় করা প্রাথমিক শক্তির মাত্র একটি ছোট ভগ্নাংশ ব্যবহার করে।

শক্তি পরিবহন খরচ দেখার সময় এটি বিশেষভাবে স্পষ্ট। আদর্শিক মেকানিক্সে, যা ঘর্ষণ শক্তি বিবেচনা করে না, অনুভূমিক সমতলে চলমান লোডগুলির জন্য কোন শক্তির প্রয়োজন হয় না।

বাস্তব অবস্থায়, একটি গাড়ির দ্বারা ব্যবহৃত সমস্ত শক্তি ঘর্ষণ শক্তি এবং বায়ু প্রতিরোধের শক্তিগুলিকে অতিক্রম করতে ব্যবহৃত হয়, অর্থাৎ, পরিশেষে, পরিবহনে ব্যবহৃত সমস্ত শক্তি তাপে রূপান্তরিত হয়। এই বিষয়ে, নিম্নলিখিত পরিসংখ্যানগুলি আকর্ষণীয়, বিভিন্ন ধরণের পরিবহন সহ 1 কিলোমিটার দূরত্বে 1 টন কার্গো সরানোর কাজের বৈশিষ্ট্য: বিমান — 7.6 kWh / (t-km), গাড়ি — 0.51 kWh / ( t- কিমি), ট্রেন-0.12 kWh / (t-কিমি)।

এইভাবে, একই উপকারী প্রভাব রেলের তুলনায় 60 গুণ বেশি শক্তি খরচে বিমান পরিবহনের মাধ্যমে অর্জন করা যেতে পারে। অবশ্যই, উচ্চ শক্তি খরচ উল্লেখযোগ্য সময় সাশ্রয় দেয়, কিন্তু এমনকি একই গতিতে (গাড়ি এবং ট্রেন), শক্তি খরচ 4 গুণ দ্বারা পৃথক হয়।

এই উদাহরণটি নির্দেশ করে যে লোকেরা প্রায়শই অন্যান্য লক্ষ্য অর্জনের জন্য শক্তি দক্ষতার সাথে ট্রেড-অফ করে, যেমন স্বাচ্ছন্দ্য, গতি, ইত্যাদি প্রক্রিয়াগুলির দক্ষতার অর্থনৈতিক মূল্যায়ন গুরুত্বপূর্ণ... কিন্তু প্রাথমিক শক্তি উপাদানগুলির দাম বাড়ার সাথে সাথে প্রযুক্তিগত এবং অর্থনৈতিক মূল্যায়নে শক্তি উপাদান আরও বেশি গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে।