Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Mekaanisen energian ja lämpöenergian yhteys kpl 9 - Coggle Diagram
Mekaanisen energian ja lämpöenergian yhteys kpl 9
Potentiaalienergia riippuu paikasta
Kappaleella on Maan gravitaatiokentässä sen sijaintiin perustuvaa energiaa eli potentiaalienergiaa
Potentiaalienergian suuruus riippuu kappaleen sijainnista gravitaatiokentässä sekä kappaleeseen kohdistuvasta painosta
Potentiaalienergiaa tarkasteltaessa määritellään nollataso, johon kappaleen asemaa verrataan. Nollatasolla potentiaalienergia on nolla, sen yläpuolella positiivinen ja alapuolella negatiivinen.
Kappaleen potentiaalienergia on
Ep = mgh
,
jossa m on kappaleen
massa
, g
putoamiskiihtyvyys
ja h
kohtisuora etäisyys valittuun nollatasoon nähden
.
Potentiaalienergian yksikkö on
joule (J)
.
Kappaleen asemasta ja liikkeestä aiheutuvien energioiden summaa kutsutaan
mekaaniseksi energiaksi
Potentiaalienergian ja liike-energian summaa nimitetään mekaaniseksi energiaksi.
E=Ep+Ek=mgh+1/2mv^2
Työ muuntaa mekaanista energiaa muodosta toiseen
Voima tekee fysiikassa työtä, kun se siirtää kappaletta, ja työ tarkoittaa energian siirtymistä kappaleen ja ympäristön välillä. Ulkoisen voiman tekemä työ näkyy kappaleen tai systeemin energian muutoksena
Jos voima lisää kappaleen liikettä tai nopeutta, sen tekemä työ on positiivinen ja kasvattaa kappaleen mekaanista energiaa
Liikettä vastustavan voiman, kuten kitkan, tekemä työ on negatiivinen ja se vähentää mekaanista energiaa muuttamalla sitä esimerkiksi sisäenergiaksi. Voima ei tee työtä, jos kappale ei liiku tai jos voima on kohtisuorassa liikkeen suuntaan nähden.
Jos kappale liikkuu koko ajan samaan suuntaan, voidaan liikkeen suuntaisen vakiovoiman
F
kappaleeseen tekemä työ W ilmaista voiman
F
suuruuden F ja kappaleen kulkeman matkan s tulona eli
W=Fs
Työn yksikkö on
joule (J)
Joulen koe
Joulen kokeessa mekaaninen energia muuntuu veden sisäenergiaksi: mekaanisen energian muutos eli työ W on yhtä suuri kuin veden lämpenemistä vastaava lämpömäärä Q.
Joulen kokeen tulokset osoittivat, että energiaa voidaan muuntaa muodosta toiseen, mutta sen määrä säilyy.
Englantilainen James Joule tutki kokeessaan mekaanisen energian ja lämpöenergian yhteyttä. Kokeessa putoava punnus pyöritti vedessä olevaa siipiratasta, jolloin veden lämpötila nousi. Punnuksen laskeutuessa sen potentiaalienergia muuttui rattaan liike-energiaksi ja veden sisäenergiaksi.
Joule havaitsi, että veden lämpeneminen voi johtua sekä lämmöstä että mekaanisen työn vaikutuksesta. Kokeen perusteella todettiin, että energia säilyy ja että mekaaninen työ vastaa tiettyä määrää lämpöenergiaa.
Kappaleen liike-energia
Kun kappaleen massa on m ja se liikkuu nopeudella v, kappaleen liike-energia on
Ek=1/2mv^2
jossa v on nopeuden suuruus.