Zákon zachování energie

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Zákon zachování energie je jeden ze základních a nejčastěji používaných fyzikálních zákonů. Tento zákon (zjednodušeně řečeno) konstatuje, že energii nelze vyrobit ani zničit, ale pouze přeměnit na jiný druh energie.

Tato (popř. jí podobné - viz níže) elementární "definice" zákona zachování energie jsou sice intuitivní, mají však pro práci ve fyzice celou řadu nedostatků. Zejména "vysvětlují" zákon zachování energie pomocí značně nefyzikálních, nedefinovaných a vágních pojmů, jako "vyrobit", "zničit", či "přeměnit", které navíc mají antropomorfní charakter. Proto jsou nepřesné.

Soudobá, mnohem obecnější a přesnější definice zákona zachování energie v teoretické fyzice se opírá o pojem symetrie vůči časovému posunutí. Nechť je obecný systém symetrický vůči operaci časového posunutí. Pak se v tomto systému zachovává aditivní fyzikální veličina, která se nazývá energie. Jde o zvláštní případ vztahu mezi symetriemi a zákony zachování, což obecněji popisuje ve fyzice důležitý teorém Emmy Noetherové.

Některé další formulace zákona[editovat | editovat zdroj]

Zákon zachování energie lze formulovat též řadou dalších způsobů, které se liší obecností i přesností. Např.:

Celková energie izolované soustavy zůstává konstantní při všech dějích, které v ní probíhají. (Problémem této definice je zejména pojem „izolovaná soustava“, který je nesnadné zavést nezávisle na zákonu zachování energie, a tak se vyhnout logické tautologii.)

Jiná formulace zákona:

Není možné sestrojit perpetuum mobile prvního druhu, tj. stroj který by z ničeho konal práci. (Nedostatkem této definice je pojem „perpetuum mobile prvního druhu“, který ve skutečnosti nelze dobře definovat nezávisle na zákonu zachování energie, a tak se vyhnout logické tautologii.)

Zákon zachování mechanické energie[editovat | editovat zdroj]

Ilustrace zákona zachování energie

V elementární mechanice bývá užívaná definice následujícího typu:

Jestliže těleso nebo mechanický systém nepodléhají účinkům okolí, pak součet kinetické a potenciální energie částic, z nichž se daná soustava skládá, zůstává stálý.

Jde o zvláštní případ toho, kdy se v soustavě mění jeden druh energie v jiný. (Také tato "definice" má slabá místa, např. gravitační pole nelze "odstínit", a tak požadavek typu "nepodléhá účinkům okolí" nelze nikdy splnit exaktně, nýbrž jen přibližně. Zde bývá užívána určitá fyzikální abstrakce.)

Přesto ve smyslu uvedeného přiblížení či fyzikální abstrakce platí:

Ek + Ep = konstanta

kde: Ek je kinetická energie a Ep je energie potenciální.

V izolované mechanické soustavě tedy platí (ve smyslu naznačené fyzikální abstrakce) zákon zachování mechanické energie:

Celková mechanická energie izolované soustavy těles při mechanickém ději zůstává konstantní.

Tento zákon je zvláštním případem obecného zákonu zachování energie, kdy se zanedbává především přeměna mechanické energie na tepelnou energii vznikající třením, např. při pohybu těles po sobě, nebo při pohybu těles látkovým prostředím, atp.

Termodynamika[editovat | editovat zdroj]

Zcela obecnou a exaktní formulací zákona zachování energie představuje první termodynamická věta. Ta platí pro libovolný druh energie a zahrnuje také teplo, které představuje spolu s prací jeden ze dvou základních a obecných druhů energie.

Související články[editovat | editovat zdroj]