Hifadhi ya nishati

Katika fizikia na kemia, sheria ya uhifadhi wa nishati inasema kwamba jumla ya nishati ya mfumo wa pekee haibadiliki lakini inasemekana kuhifadhiwa kwa muda.

Sheria hiyo, iliyopendekezwa na kujaribiwa na Émilie du Châtelet, inamaanisha kwamba nishati haiwezi kuundwa wala kuharibiwa; badala yake, inaweza tu kubadilishwa au kuhamishwa kutoka katika hali moja hadi nyingine. Kwa mfano, nishati ya kemikali hubadilishwa kuwa nishati ya kinetiki wakati kijiti cha baruti kinapolipuka. Ikiwa mtu ataongeza aina zote za nishati ambazo zilitolewa katika mlipuko, kama vile nishati ya kinetiki na nishati ya uwezo, pamoja na joto na sauti, hapo atapata upungufu kamili wa nishati ya kemikali katika mwako wa baruti.

Kimsingi, uhifadhi wa nishati ulikuwa tofauti na uhifadhi wa masi. Hata hivyo, nadharia maalumu ya uwiano inaonyesha kwamba masi inahusiana na nishati na kinyume chake kwa $E=mc^{2}$, mlinganyo unawakilisha usawa wa nishati ya masi, sasa na sayansi inasema kwamba jumla ya nishati ya masi huhifadhiwa. Nadharia hiyo inamaanisha kuwa kitu chochote chenye masi kinaweza kubadilishwa kuwa nishati safi, na kinyume chake.

Matokeo ya sheria ya uhifadhi wa nishati ni kwamba mashine ya mwendo wa kudumu ya aina ya kwanza haiwezi kuwepo; hiyo ni kusema, hakuna mfumo usio na usambazaji wa nishati ya nje unaoweza kutoa kiasi kisicho na kikomo cha nishati katika mazingira yake. Kulingana na ufafanuzi wa nishati, uhifadhi wa nishati bila shaka unaweza kukiukwa na uhusianifu majumui kwenye kiwango cha cosmolojia.

Historia

Wanafalsafa wa kale kama vile Thales wa Mileto mnamo 550 KK walikuwa na ufahamu wa uhifadhi wa baadhi ya dutu. Hata hivyo, hakuna sababu maalumu ya kutufanya tutambue nadharia zao za kale na kile tunachojua leo. Kwa mfano, Thales alidhani kuwa nishati ya masi ni maji. Empedokle (490-430 KK) aliandika kwamba katika mfumo unaojumuisha mizizi minne (ardhi, hewa, maji, moto), "hakuna kitu kinachotokea au kuharibika";; badala yake, vipengele hivyo hupata mpangilio mpya unaoendelea. Epikur (350 KK) yeye aliamini kila kitu katika ulimwengu kimeundwa na dutu ndogondogo za maada na pia alisema kwamba "jumla ya vitu vyote vilikuwa hivyo daima kama ilivyo sasa, na ndivyo itakavyokuwa milele."

Mnamo 1605, Simon Stevin aliweza kutatua matatizo kadhaa katika hali tuli kulingana na kanuni kwamba mwendo wa kitu usio na mwisho hauwezekani.

Mnamo 1639, Galileo Galilei alichapisha uchambuzi wake wa hali kadhaa ikiwa ni pamoja na "pendulum inayocheza" ambapo inaweza kuelezewa (katika lugha ya kisasa) kama inabadilisha nishati ya uwezo kwenda nishati ya kinetiki na kurudi tena. Kimsingi, alisema kuwa urefu ambao pendulum inacheza na kuinuka ni sawa na urefu ambao huanguka.

Mnamo 1669, Christiaan Huygens alichapisha sheria za mgongano. Miongoni mwa mambo aliyoorodhesha ni kuwa kisichobadilika kabla na baada ya kugongana kwa vitu ni pamoja na jumla ya mwendo wa msukumo mnyoofu pamoja na jumla ya nishati ya kinetiki. Hata hivyo, tofauti kati ya mgongano wa elastic na mgongano wa inelastic haukueleweka wakati huo. Hii ilisababisha tofauti kwa watafiti wengine, katika kitabu chake "Horologium Oscillatorium" , alielezea vizuri kuhusu urefu wa kitu kinachocheza, na pia aliunganisha wazo hilo na mwendo wa kitu usio na mwisho. Utafiti wa Huygens wa mienendo ya mwendo wa pendulum ulitegemea kanuni moja, kwamba "nguvu ya msukumo ya kitu kizito haiwezi kujiinua yenyewe".

Gottfried Leibniz

Kati ya miaka 1676-1689, Gottfried Leibniz alijaribu kutengeneza mlinganyo wa hisabati ambao ulijumuisha nishati na mwendo (nishati ya kinetiki) kwa kutumia mawazo ya Huygens ya mgongano wa vitu, Leibniz aligundua kwamba katika mifumo mingi ya mitambo (masi m_i, yenye velositi v_i),

$\sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}$

huhifadhiwa ili mradi masi zisiingiliane. Aliita wingi huo vis viva au nguvu hai ya mfumo. Kanuni inawakilisha taarifa sahihi ya uhifadhi wa nishati ya kinetiki katika hali ambapo hakuna msuguano. Wanafizikia wengi wakati huo, kama vile Newton Issack, alikubaliana kwamba uhifadhi wa momentamu, ambao unashikilia hata katika mifumo yenye msuguano, kama inavyofafanuliwa katika momentamu,

$\sum _{i}m_{i}v_{i}$

ilikuwa ni vis viva iliyohifadhiwa. Baadaye ilionyeshwa kuwa idadi zote zilihifadhiwa ikiwa katika hali zinazofaa, kama ilivyo katika mgongano wa elastic.

Marejeo

Makala hii kuhusu mambo ya sayansi bado ni mbegu. Je, unajua kitu kuhusu Hifadhi ya nishati kama historia yake au mahusiano yake na mada nyingine? Labda unaona habari katika Wikipedia ya Kiingereza au lugha nyingine zinazofaa kutafsiriwa? Basi unaweza kuisaidia Wikipedia kwa kuihariri na kuongeza habari.