ऊर्जा संरक्षण के नियम की खोज. स्कूल विश्वकोश

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज में ई.के.एच. के कार्यों ने महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। लेन्ज़ और, विशेष रूप से, प्रेरित धारा की दिशा पर कानून और विद्युत मशीनों की उत्क्रमणीयता के सिद्धांत की उनकी खोज। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज के लिए एक महत्वपूर्ण शर्त जीव विज्ञान की सफलता थी। मानव और पशु शरीर में विशेष "जीवन शक्ति" के बारे में मिथक दूर हो गया। भोजन की मात्रा और कार्य करने की क्षमता के बीच सीधा संबंध स्थापित किया गया।

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ऊर्जा संरक्षण के नियम की खोज किसी भौतिक विज्ञानी ने नहीं, बल्कि एक डॉक्टर ने की थी।

1840 में, जावा द्वीप पर, जहाज के डॉक्टर, जर्मन रॉबर्ट मेयर ने एक मरीज की नस खोली और... जब उसे पता चला कि गहरे रंग का नहीं, बल्कि लाल रंग का खून बह रहा है, तो वह भयभीत हो गया! क्या यह सचमुच नस की बजाय धमनी में समा गया?! डॉक्टर के डर को इस तथ्य से समझाया गया था कि लाल रंग का रक्त हृदय से धमनियों के माध्यम से बहता है - यह ऑक्सीजन से भरा रक्त है। और वापस हृदय की ओर, रक्त शिराओं के माध्यम से प्रवाहित होता है। शिरापरक रक्त कम ऑक्सीजन बरकरार रखता है, यही कारण है कि इसका रंग गहरा लाल होता है। धमनी से रक्तस्राव घातक है।

हालाँकि, स्थानीय डॉक्टरों ने मेयर को आश्वस्त किया: उन्होंने समझाया कि यहाँ, उष्णकटिबंधीय में, लोगों का शिरापरक रक्त उनके धमनी रक्त के समान लाल रंग का होता है।

"ऐसा क्यों हो रहा है? - मेयर सोचता है. - शायद तथ्य यह है कि यहां हवा का तापमान मानव शरीर के तापमान के लगभग बराबर है... शरीर को ताकत खर्च करने की जरूरत नहीं है (उस समय) ऊर्जा इसे ताकत भी कहा जाता है!) शरीर के तापमान को बनाए रखने के लिए, ताकि रक्त में ऑक्सीजन बनी रहे - आखिरकार, यह ऑक्सीजन का दहन है जो ताकत देता है। लेकिन इसका मतलब है कि ताकत बचाया : यह केवल एक प्रजाति से दूसरी प्रजाति में बदलता है, लेकिन कभी गायब नहीं होता या शून्य से प्रकट नहीं होता।

अपने विचार को विकसित करते हुए, मेयर ने उन्हें ज्ञात ऊर्जा के सभी परिवर्तनों का अध्ययन किया - गतिज से संभावित और इसके विपरीत, यांत्रिक ऊर्जा को आंतरिक में और आंतरिक ऊर्जा को यांत्रिक में, और विद्युत और रासायनिक ऊर्जा की जांच की।

मेयर के स्वतंत्र रूप से, लेकिन कुछ साल बाद, ऊर्जा के संरक्षण के नियम की खोज अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स जूल और जर्मन प्रकृतिवादी हरमन हेल्महोल्ट्ज़ ने की थी।

ये सभी वैज्ञानिक बहुत छोटे थे जब उन्होंने अपनी महान खोज की: मेयर 28 वर्ष के थे, जूल 25 वर्ष के थे, और हेल्महोल्ट्ज़ 26 वर्ष के थे।

मेयर, जूल और हेल्महोल्ट्ज़ की खोजों से बहुत पहले, उत्कृष्ट रूसी वैज्ञानिक मिखाइल वासिलीविच लोमोनोसोव ऊर्जा के संरक्षण के नियम की खोज के बहुत करीब आ गए थे।

लेकिन, दुर्भाग्य से, लोमोनोसोव के कार्य लंबे समय तक यूरोपीय वैज्ञानिकों के लिए अज्ञात रहे।

यांत्रिक और आंतरिक ऊर्जा के अंतररूपांतरण का विचार मेयर, जूल और हेल्महोल्ट्ज़ की खोजों से पहले भी भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर थॉम्पसन द्वारा व्यक्त किया गया था, जिन्हें काउंट रमफोर्ड के नाम से जाना जाता है।

ऊर्जा संरक्षण के नियम का मौलिक अर्थ

ऊर्जा संरक्षण का नियम "प्रकृति का एक मौलिक नियम है, जो अनुभवजन्य रूप से स्थापित है, कि एक पृथक (बंद) भौतिक प्रणाली की ऊर्जा समय के साथ संरक्षित होती है।" दूसरे शब्दों में, ऊर्जा शून्य से उत्पन्न नहीं हो सकती और शून्य में विलीन नहीं हो सकती, यह केवल एक रूप से दूसरे रूप में जा सकती है।

मौलिक दृष्टिकोण से, नोएथर के प्रमेय के अनुसार, ऊर्जा संरक्षण का नियम समय की एकरूपता का परिणाम है और इस अर्थ में सार्वभौमिक है, अर्थात बहुत भिन्न भौतिक प्रकृति की प्रणालियों में अंतर्निहित है। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक विशिष्ट बंद प्रणाली के लिए, उसकी प्रकृति की परवाह किए बिना, ऊर्जा नामक एक निश्चित मात्रा निर्धारित करना संभव है, जिसे समय के साथ संरक्षित किया जाएगा। इसके अलावा, प्रत्येक विशिष्ट प्रणाली में इस संरक्षण कानून की पूर्ति इस प्रणाली की गतिशीलता के विशिष्ट कानूनों के अधीनता द्वारा उचित है, जो आम तौर पर विभिन्न प्रणालियों के लिए भिन्न होती है।

हालाँकि, भौतिकी की विभिन्न शाखाओं में, ऐतिहासिक कारणों से, ऊर्जा संरक्षण का नियम अलग-अलग तरीके से तैयार किया गया है, और इसलिए विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के संरक्षण की बात की जाती है। उदाहरण के लिए, ऊष्मागतिकी में ऊर्जा संरक्षण के नियम को ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के रूप में व्यक्त किया जाता है।

चूँकि ऊर्जा संरक्षण का नियम विशिष्ट मात्राओं और घटनाओं पर लागू नहीं होता है, बल्कि एक सामान्य पैटर्न को दर्शाता है जो हर जगह और हमेशा लागू होता है, इसलिए इसे कानून नहीं बल्कि ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत कहना अधिक सही है।

गणितीय दृष्टिकोण से, ऊर्जा के संरक्षण का नियम इस कथन के समतुल्य है कि किसी दिए गए भौतिक प्रणाली की गतिशीलता का वर्णन करने वाले अंतर समीकरणों की एक प्रणाली में समय के संबंध में समीकरणों की समरूपता से जुड़ी गति का पहला अभिन्न अंग होता है। बदलाव।

नोएथर के प्रमेय के अनुसार, प्रत्येक संरक्षण कानून प्रणाली का वर्णन करने वाले समीकरणों की एक निश्चित समरूपता से जुड़ा है। विशेष रूप से, ऊर्जा के संरक्षण का नियम समय की एकरूपता के बराबर है, अर्थात, जिस समय प्रणाली पर विचार किया जाता है, उस समय से प्रणाली का वर्णन करने वाले सभी कानूनों की स्वतंत्रता।

इस कथन का निष्कर्ष, उदाहरण के लिए, लैग्रेंजियन औपचारिकता के आधार पर निकाला जा सकता है। यदि समय सजातीय है, तो सिस्टम का वर्णन करने वाला लैग्रेंज फ़ंक्शन स्पष्ट रूप से समय पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए समय के संबंध में इसके कुल व्युत्पन्न का रूप है:

यहां लैग्रेंज फ़ंक्शन है, क्रमशः समय के संबंध में सामान्यीकृत निर्देशांक और उनके पहले और दूसरे व्युत्पन्न हैं। लैग्रेंज समीकरणों का उपयोग करते हुए, हम व्युत्पन्नों को अभिव्यक्ति से प्रतिस्थापित करते हैं:

आइए फॉर्म में अंतिम अभिव्यक्ति को फिर से लिखें

कोष्ठक में दी गई मात्रा, परिभाषा के अनुसार, सिस्टम की ऊर्जा कहलाती है और, चूंकि समय के संबंध में इसका कुल व्युत्पन्न शून्य के बराबर है, यह गति का एक अभिन्न अंग है (अर्थात, यह संरक्षित है)।

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज का इतिहास

1841 में, रूसी वैज्ञानिक लेन्ज़ और अंग्रेज जूल ने, लगभग एक साथ और एक-दूसरे से स्वतंत्र होकर, प्रयोगात्मक रूप से साबित किया कि यांत्रिक कार्य के माध्यम से गर्मी पैदा की जा सकती है। जूल ने ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को परिभाषित किया। इन और अन्य अध्ययनों ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज को तैयार किया। 1842-1845 में जर्मन वैज्ञानिक आर. मेयर ने यांत्रिक गति, बिजली, चुंबकत्व, रसायन विज्ञान और यहां तक ​​कि मानव शरीर विज्ञान पर प्राकृतिक विज्ञान डेटा के सामान्यीकरण के आधार पर यह कानून तैयार किया। उसी समय, इंग्लैंड (ग्रोव) और डेनमार्क (कोल्डिंग) में भी इसी तरह के विचार व्यक्त किए गए थे। कुछ समय बाद, यह कानून हेल्महोल्ट्ज़ (जर्मनी) द्वारा विकसित किया गया था

पदार्थ के सबसे छोटे "असंवेदनशील" कणों की गति के रूप में गर्मी पर विचार 17वीं शताब्दी में व्यक्त किए गए थे। एफ. बेकन, डेसकार्टेस, न्यूटन, हुक और कई अन्य लोग इस विचार पर पहुंचे कि गर्मी पदार्थ के कणों की गति से जुड़ी है। लेकिन लोमोनोसोव ने इस विचार को पूरी पूर्णता और निश्चितता के साथ विकसित और बचाव किया। हालाँकि, वह अकेले थे; उनके समकालीन कैलोरी अवधारणा के पक्ष में आ गए, और, जैसा कि हमने देखा है, इस अवधारणा को 19 वीं शताब्दी के कई उत्कृष्ट वैज्ञानिकों द्वारा साझा किया गया था।

प्रयोगात्मक थर्मोफिजिक्स की सफलताएं, और सबसे बढ़कर कैलोरीमेट्री, कैलोरी के पक्ष में गवाही देती प्रतीत होती हैं। लेकिन वही XIX सदी। गर्मी और यांत्रिक गति के बीच संबंध का दृश्य प्रमाण लाया। निःसंदेह, यह तथ्य कि घर्षण से ऊष्मा उत्पन्न होती है, प्राचीन काल से ही ज्ञात है। गर्मी के समर्थकों ने इस घटना में घर्षण द्वारा पिंडों के विद्युतीकरण के समान कुछ देखा - घर्षण शरीर से कैलोरी को निचोड़ने में मदद करता है। हालाँकि, 1798 में, बेंजामिन थॉम्पसन (1753-1814), जो 1790 में काउंट रमफोर्ड बने, ने म्यूनिख सैन्य कार्यशालाओं में एक महत्वपूर्ण अवलोकन किया: जब एक तोप बैरल में एक चैनल ड्रिल किया जाता है, तो बड़ी मात्रा में गर्मी निकलती है। इस घटना की सटीक जांच करने के लिए, रमफोर्ड ने बंदूक धातु से बने सिलेंडर में एक चैनल ड्रिल करने का प्रयोग किया। ड्रिल की गई नहर में एक कुंद ड्रिल रखी गई, नहर की दीवारों के खिलाफ कसकर दबाया गया और रोटेशन में सेट किया गया। सिलेंडर में डाले गए थर्मामीटर से पता चला कि ऑपरेशन के 30 मिनट के भीतर तापमान 70 डिग्री फ़ारेनहाइट बढ़ गया था। रमफ़ोर्ड ने सिलेंडर और ड्रिल को पानी के एक बर्तन में डुबो कर प्रयोग दोहराया। ड्रिलिंग प्रक्रिया के दौरान, पानी गर्म हो गया और 2.5 घंटे के बाद उबल गया। रमफोर्ड ने इस प्रयोग को इस बात का प्रमाण माना कि ऊष्मा गति का एक रूप है।

डेवी ने घर्षण द्वारा ऊष्मा प्राप्त करने के अपने प्रयोगों को दोहराया। उसने दो टुकड़ों को आपस में रगड़कर बर्फ पिघला दी। डेवी इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि कैलोरी परिकल्पना को त्याग दिया जाना चाहिए और ऊष्मा को पदार्थ के कणों की दोलन गति के रूप में माना जाना चाहिए।

मेयर के अनुसार, दुनिया में सभी आंदोलन और परिवर्तन "मतभेदों" से उत्पन्न होते हैं जो इन मतभेदों को नष्ट करने की कोशिश करने वाली ताकतों को जन्म देते हैं। लेकिन आंदोलन रुकता नहीं है, क्योंकि ताकतें अविनाशी हैं और मतभेदों को बहाल करती हैं। "इस प्रकार, वह सिद्धांत जिसके अनुसार, एक बार दी गई ताकतें पदार्थों की तरह मात्रात्मक रूप से अपरिवर्तनीय होती हैं, तार्किक रूप से हमारे लिए मतभेदों और इसलिए भौतिक दुनिया के निरंतर अस्तित्व को सुनिश्चित करती है।" मेयर द्वारा प्रस्तावित यह सूत्रीकरण आलोचना के लिए आसानी से खुला है। "अंतर" की अवधारणा को सटीक रूप से परिभाषित नहीं किया गया है; यह स्पष्ट नहीं है कि "बल" शब्द का क्या अर्थ है। यह कानून का पूर्वाभास है, कानून का नहीं। लेकिन आगे की प्रस्तुति से यह स्पष्ट है कि बल द्वारा वह गति का कारण समझता है, जिसे द्रव्यमान और गति के उत्पाद द्वारा मापा जाता है। "गति, ऊष्मा और बिजली ऐसी घटनाएँ हैं जिन्हें एक बल में घटाया जा सकता है, जिन्हें एक दूसरे द्वारा मापा जाता है और कुछ कानूनों के अनुसार एक दूसरे में बदल दिया जाता है।" यह बल के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का एक बहुत ही निश्चित और स्पष्ट सूत्रीकरण है, अर्थात। ऊर्जा।

यांत्रिकी के विचारों को शरीर विज्ञान में लागू करने की शुरुआत करते हुए, मेयर ने बल की अवधारणा को स्पष्ट करना शुरू किया। और यहां वह फिर से इस विचार को दोहराता है कि गति शून्य से उत्पन्न नहीं हो सकती, गति का कारण बल है, और गति का कारण एक अविनाशी वस्तु है। यह सूत्रीकरण आश्चर्यजनक रूप से लोमोनोसोव के "सार्वभौमिक कानून" के सूत्रीकरण की याद दिलाता है, जिसे उन्होंने "आंदोलन के नियमों तक" बढ़ाया था। ध्यान दें कि लोमोनोसोव और मेयर द्वारा संरक्षण के सार्वभौमिक कानून को "प्रकृति के सर्वोच्च कानून" के रूप में प्रचारित करना आधुनिक विज्ञान द्वारा स्वीकार किया जाता है, जो वैज्ञानिक अनुसंधान के मुख्य स्तंभ के रूप में संरक्षण के कई विशिष्ट कानूनों को तैयार करता है। मेयर ने गैस की ताप क्षमता में अंतर से ऊष्मा के यांत्रिक समतुल्य की विस्तार से गणना की (यह गणना अक्सर स्कूल भौतिकी की पाठ्यपुस्तकों में दोहराई जाती है) और इसे डेलारोचे और बेरार्ड के साथ-साथ डुलोंग के माप के आधार पर पाते हैं, जिन्होंने अनुपात निर्धारित किया था हवा के लिए ताप क्षमता 367 kgf-m/kcal होनी चाहिए।

मेयर ने अपने विचारों का विकास 1848 तक पूरा कर लिया, जब ब्रोशर "डायनेमिक्स ऑफ द स्काई इन ए पॉपुलर प्रेजेंटेशन" में उन्होंने सौर ऊर्जा के स्रोत के बारे में सबसे महत्वपूर्ण समस्या को हल करने का प्रयास किया। मेयर को एहसास हुआ कि रासायनिक ऊर्जा सूर्य के विशाल ऊर्जा व्यय की भरपाई के लिए पर्याप्त नहीं थी। लेकिन उनके समय में अन्य ऊर्जा स्रोतों में से केवल यांत्रिक ऊर्जा ही ज्ञात थी। और मेयर ने निष्कर्ष निकाला कि सूर्य की गर्मी की भरपाई आसपास के अंतरिक्ष से लगातार हर तरफ से गिरने वाले उल्कापिंडों की बमबारी से होती है। वह स्वीकार करते हैं कि खोज दुर्घटनावश हुई थी (जावा में एक अवलोकन), लेकिन "यह अभी भी मेरी संपत्ति है, और मैं प्राथमिकता के अपने अधिकार की रक्षा करने में संकोच नहीं करता।" मेयर आगे बताते हैं कि ऊर्जा के संरक्षण का नियम, "साथ ही इसकी संख्यात्मक अभिव्यक्ति, गर्मी के यांत्रिक समकक्ष, जर्मनी और इंग्लैंड में लगभग एक साथ प्रकाशित हुए थे।" वह जूल के शोध की ओर इशारा करते हैं और स्वीकार करते हैं कि जूल ने "बिना शर्त स्वतंत्र रूप से ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज की" और "इस कानून की आगे की पुष्टि और विकास में उनकी कई महत्वपूर्ण उपलब्धियाँ हैं।" लेकिन मेयर प्राथमिकता के अपने अधिकार को छोड़ने के इच्छुक नहीं हैं और बताते हैं कि उनके कार्यों से ही यह स्पष्ट है कि वह प्रभाव का पीछा नहीं कर रहे हैं। हालाँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि आप अपनी संपत्ति के अधिकार छोड़ दें।

जूल से बहुत पहले, अनुसंधान सेंट पीटर्सबर्ग के शिक्षाविद् ई.के.एच. द्वारा शुरू किया गया था। लेन्ज़, जिन्होंने 1843 में "गैल्वेनिक करंट द्वारा ताप उत्पादन के नियमों पर" शीर्षक के तहत अपना काम प्रकाशित किया था। लेन्ज़ ने जूल के काम का उल्लेख किया है, जिसका प्रकाशन लेनज़ के प्रकाशन से पहले हुआ था, लेकिन उनका मानना ​​है कि यद्यपि उनके परिणाम "अनिवार्य रूप से जूल के साथ समझौते में हैं," वे जूल के काम द्वारा उठाए गए वैध आपत्तियों से मुक्त हैं।

लेन्ज़ ने सावधानीपूर्वक सोचा और प्रयोगात्मक पद्धति विकसित की, स्पर्शरेखा गैल्वेनोमीटर का परीक्षण और जांच की, जो उनके लिए वर्तमान मीटर के रूप में कार्य करता था, उनके द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रतिरोध की इकाई निर्धारित की (याद रखें कि ओम का नियम इस समय तक सामान्य उपयोग में नहीं आया था), साथ ही वर्तमान और इलेक्ट्रोमोटिव बल की इकाइयों को वर्तमान और प्रतिरोध इकाइयों के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है।

लेन्ज़ ने प्रतिरोधों के व्यवहार का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया, विशेष रूप से, उन्होंने ठोस से तरल में संक्रमण के दौरान तथाकथित "संक्रमण प्रतिरोध" के अस्तित्व की जांच की। यह अवधारणा कुछ भौतिकविदों द्वारा उस युग में पेश की गई थी जब ओम का नियम अभी तक आम तौर पर स्वीकार नहीं किया गया था। फिर वह मुख्य प्रयोग की ओर बढ़े, जिसके परिणाम उन्होंने निम्नलिखित दो प्रावधानों में तैयार किए: गैल्वेनिक करंट द्वारा तार को गर्म करना तार के प्रतिरोध के समानुपाती होता है; गैल्वेनिक धारा द्वारा तार को गर्म करना, गर्म करने के लिए प्रयुक्त धारा के वर्ग के समानुपाती होता है। लेनज़ के प्रयोगों की सटीकता और संपूर्णता ने कानून की मान्यता सुनिश्चित की, जो जूल-लेनज़ कानून के नाम से विज्ञान में प्रवेश किया।

जूल ने विद्युत प्रवाह द्वारा गर्मी की रिहाई पर अपने प्रयोगों को गर्मी और काम के बीच संबंधों पर आगे के शोध के लिए शुरुआती बिंदु बनाया। अपने पहले प्रयोगों में ही, उन्होंने यह अनुमान लगाना शुरू कर दिया कि गैल्वेनिक बैटरी के ध्रुवों को जोड़ने वाले तार में उत्पन्न गर्मी बैटरी में रासायनिक परिवर्तनों से उत्पन्न होती है, यानी, उन्होंने कानून का ऊर्जावान अर्थ देखना शुरू कर दिया। "जूल ऊष्मा" (जैसा कि अब विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न ऊष्मा कहा जाता है) की उत्पत्ति के प्रश्न को और स्पष्ट करने के लिए, उन्होंने प्रेरित धारा द्वारा जारी ऊष्मा का अध्ययन करना शुरू किया। अगस्त 1843 में ब्रिटिश एसोसिएशन की एक बैठक में प्रस्तुत अपने पेपर "ऑन द थर्मल इफेक्ट ऑफ मैग्नेटोइलेक्ट्रिसिटी एंड द मैकेनिकल इफेक्ट ऑफ हीट" में, जूल ने निष्कर्ष निकाला कि मैग्नेटोइलेक्ट्रिसिटी (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन) का उपयोग करके यांत्रिक कार्य द्वारा गर्मी पैदा की जा सकती है, और यह गर्मी बल प्रेरण धारा के वर्ग के समानुपाती होता है।

जूल ने एक इंडक्शन मशीन के इलेक्ट्रोमैग्नेट को गिरते हुए वजन की मदद से घुमाकर, गिरते वजन के काम और सर्किट में उत्पन्न गर्मी के बीच संबंध निर्धारित किया। उन्होंने अपने माप से एक औसत परिणाम के रूप में पाया कि "गर्मी की मात्रा जो एक पाउंड पानी को एक डिग्री फ़ारेनहाइट बढ़ाने में सक्षम है, उसे एक यांत्रिक बल में परिवर्तित किया जा सकता है जो 838 पाउंड पानी को एक फुट की ऊर्ध्वाधर ऊंचाई तक उठाने में सक्षम है।" यूनिट पाउंड और फुट को किलोग्राम और मीटर में और डिग्री फ़ारेनहाइट को डिग्री सेल्सियस में परिवर्तित करने पर, हम पाते हैं कि जूल द्वारा गणना की गई गर्मी का यांत्रिक समकक्ष 460 kgf-m/kcal के बराबर है। यह निष्कर्ष जूल को एक और अधिक सामान्य निष्कर्ष की ओर ले जाता है, जिसे वह आगे के प्रयोगों में परीक्षण करने का वादा करता है: "प्रकृति की शक्तिशाली शक्तियां... अविनाशी हैं, और... सभी मामलों में जहां यांत्रिक बल खर्च किया जाता है, बिल्कुल बराबर मात्रा में।" ऊष्मा प्राप्त होती है।” उनका तर्क है कि जानवरों की गर्मी शरीर में रासायनिक परिवर्तनों के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है और रासायनिक परिवर्तन स्वयं "परमाणुओं के गिरने" से उत्पन्न होने वाली रासायनिक शक्तियों की क्रिया का परिणाम होते हैं। इस प्रकार, 1843 के काम में, जूल आता है। वही निष्कर्ष जिन पर मेयर पहले पहुँचे थे।

जूल ने 60 और 70 के दशक में अपने प्रयोग जारी रखे। 1870 में, वह ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को निर्धारित करने वाले आयोग के सदस्य बने। इस आयोग में वी. थॉमसन, मैक्सवेल और अन्य वैज्ञानिक शामिल थे। लेकिन जूल ने खुद को एक प्रयोगकर्ता के काम तक ही सीमित नहीं रखा। उन्होंने निर्णायक रूप से ऊष्मा के गतिज सिद्धांत का दृष्टिकोण अपनाया और गैसों के गतिज सिद्धांत के संस्थापकों में से एक बन गए। जूल के इस कार्य पर बाद में चर्चा की जायेगी। अपने पूर्ववर्तियों के विपरीत, हेल्महोल्ट्ज़ कानून को एक सतत गति मशीन (पेग्रेटम मोबाइल) की असंभवता के सिद्धांत से जोड़ता है। इस सिद्धांत को 17वीं शताब्दी के वैज्ञानिक लियोनार्डो दा विंची ने स्वीकार किया था। (याद रखें कि स्टीवन ने झुके हुए तल के नियम को सतत गति की असंभवता पर आधारित किया था), और अंततः, 18वीं शताब्दी में। पेरिस एकेडमी ऑफ साइंसेज ने सतत गति परियोजनाओं पर विचार करने से इनकार कर दिया।

हेल्महोल्ट्ज़ सतत गति की असंभवता के सिद्धांत को इस सिद्धांत के समान मानते हैं कि "प्रकृति में सभी क्रियाओं को आकर्षक या प्रतिकारक शक्तियों में घटाया जा सकता है।" हेल्महोल्ट्ज़ पदार्थ को निष्क्रिय और गतिहीन मानते हैं। दुनिया में हो रहे परिवर्तनों का वर्णन करने के लिए, इसे आकर्षक और प्रतिकारक दोनों शक्तियों से संपन्न होना चाहिए। हेल्महोल्ट्ज़ लिखते हैं, "प्रकृति की घटना को अपरिवर्तनीय प्रेरक शक्तियों के साथ पदार्थ की गतिविधियों तक सीमित किया जाना चाहिए जो केवल स्थानिक संबंधों पर निर्भर करती हैं।" ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम के खोजकर्ताओं ने इसकी स्थापना के लिए अलग-अलग रास्ते अपनाए। मेयर ने चिकित्सा अवलोकन से शुरुआत करते हुए तुरंत इसे एक गहरा, व्यापक कानून माना और अंतरिक्ष से जीवित जीव तक ऊर्जा परिवर्तनों की एक श्रृंखला का खुलासा किया। जूल ने लगातार और लगातार गर्मी और यांत्रिक कार्यों के बीच मात्रात्मक संबंध को मापा। हेल्महोल्ट्ज़ ने कानून को 18वीं शताब्दी के महान यांत्रिकी के अनुसंधान से जोड़ा। अलग-अलग रास्ते अपनाते हुए, उन्होंने, कई अन्य समकालीनों के साथ, गिल्ड वैज्ञानिकों के विरोध के बावजूद कानून की मंजूरी और मान्यता के लिए लगातार संघर्ष किया। संघर्ष आसान नहीं था और कभी-कभी दुखद भी हुआ, लेकिन इसका अंत पूर्ण विजय के साथ हुआ। विज्ञान को ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का महान नियम प्राप्त हुआ है।

ऊर्जा संरक्षण का नियम अनुभवजन्य रूप से स्थापित प्रकृति का एक मौलिक नियम है, जो बताता है कि एक पृथक (बंद) भौतिक प्रणाली की ऊर्जा समय के साथ संरक्षित होती है। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा शून्य से उत्पन्न नहीं हो सकती और शून्य में विलीन नहीं हो सकती, यह केवल एक रूप से दूसरे रूप में जा सकती है।

हालाँकि, भौतिकी की विभिन्न शाखाओं में, ऐतिहासिक कारणों से, ऊर्जा संरक्षण का नियम अलग-अलग तरीके से तैयार किया गया है, और इसलिए विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के संरक्षण की बात की जाती है। उदाहरण के लिए, ऊष्मागतिकी में ऊर्जा संरक्षण के नियम को ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के रूप में व्यक्त किया जाता है। चूँकि ऊर्जा संरक्षण का नियम विशिष्ट मात्राओं और घटनाओं पर लागू नहीं होता है, बल्कि एक सामान्य पैटर्न को दर्शाता है जो हर जगह और हमेशा लागू होता है, इसलिए इसे कानून नहीं बल्कि ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत कहना अधिक सही है।

रूसी वैज्ञानिक लेन्ज़ और अंग्रेज़ जूल ने, लगभग एक साथ और एक-दूसरे से स्वतंत्र होकर, प्रयोगात्मक रूप से साबित किया कि यांत्रिक कार्य के माध्यम से गर्मी पैदा की जा सकती है। जूल ने ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को परिभाषित किया। इन और अन्य अध्ययनों ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज को तैयार किया। 1842-1845 में जर्मन वैज्ञानिक आर. मेयर ने यांत्रिक गति, बिजली, चुंबकत्व, रसायन विज्ञान और यहां तक ​​कि मानव शरीर विज्ञान पर प्राकृतिक विज्ञान डेटा के सामान्यीकरण के आधार पर यह कानून तैयार किया। उसी समय, इंग्लैंड (ग्रोव) और डेनमार्क (कोल्डिंग) में भी इसी तरह के विचार व्यक्त किए गए थे। कुछ समय बाद, यह कानून हेल्महोल्ट्ज़ (जर्मनी) द्वारा विकसित किया गया था। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून के खोजकर्ताओं ने इसकी स्थापना के लिए अलग-अलग रास्ते अपनाए।

जो कोई भी भारी शारीरिक गतिविधि करता है उसका उत्पादन कारोबार अधिक होता है। और जो सारा दिन काम पर बैठा रहता है, तदनुसार छोटा होता है। लेकिन यह शरीर की चर्बी कम करने में मुख्य कारक नहीं है, बल्कि केवल एक योगदान कारक है।

2. बुनियादी चयापचय- यह ऊर्जा की वह मात्रा है जो शरीर को औसत तापमान पर आराम की स्थिति में बनाए रखने के लिए आवश्यक होती है। ये हैं सांस लेना, दिल की धड़कन, पाचन, शरीर के तापमान को बनाए रखना, साथ ही मांसपेशियां। सबसे महत्वपूर्ण कारक मांसपेशी है. मांसपेशी ऊतक अच्छे चयापचय को बढ़ावा देता है, वसा के जमाव को रोकता है। हमारी मांसपेशियां अपनी कुल ऊर्जा का लगभग 40% आराम करने में खर्च करती हैं! अच्छी मांसपेशियों वाला व्यक्ति किसी ऐसे व्यक्ति की तुलना में बहुत अधिक कैलोरी खर्च करता है जिसके पास बहुत कम होती है। पहले व्यक्ति के शरीर में 24 घंटे चलने वाली "वसा जलाने वाली मशीन" होती है, और तदनुसार, उसके पास दूसरे की तुलना में वसा जमा होने से बचने की अधिक संभावना होती है। इसीलिए मसल्स बिल्डिंग वर्कआउट बहुत महत्वपूर्ण हैंचूंकि मांसपेशियां चयापचय प्रक्रिया में एक बड़ी भूमिका निभाती हैं।

आहार के दौरान शरीर में क्या होता है?कैलोरी घाटा (बहुत नकारात्मक संतुलन)। जिस पर शरीर नकारात्मक प्रतिक्रिया करता है, अपने "भंडार" को संरक्षित करने की कोशिश करता है। इस अंत तक, वह कैलोरी के मुख्य "डाकू" - मांसपेशियों से छुटकारा पाना शुरू कर देता है। और परिणामस्वरूप, यह पता चलता है कि बेसल चयापचय कम हो जाता है, और आराम करने पर शरीर आहार से पहले की तुलना में बहुत कम ऊर्जा खर्च करता है। और धीमी चयापचय का मतलब है कि वसा जलना जारी रखने के लिए, आपको अपने कैलोरी सेवन में और भी कटौती करनी होगी। यह एक दुष्चक्र बन जाता है... डाइटिंग करते समय, एक व्यक्ति को जीवन भर वसा निर्माण की प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए मजबूर होना पड़ता है! अलावा मजबूत मांसपेशी द्रव्यमान का स्थान पिलपिला वसा द्रव्यमान ले लेता है, और चूंकि वसा मांसपेशियों की तुलना में कम घनी होती है, इसलिए शरीर और भी अधिक मोटा दिखाई देता है। भला, ऐसे आहार की जरूरत किसे है?

निष्कर्ष:बड़ी कैलोरी की कमी पैदा करना और शरीर को विनाशकारी स्थिति में लाना हमारे हित में नहीं है। एक अच्छा चयापचय बनाए रखने के लिए, बस आपको शक्ति प्रशिक्षण करने और पर्याप्त प्रोटीन का सेवन करने की आवश्यकता है(प्रति दिन आपके वजन के 2 ग्राम प्रति किलोग्राम की दर से) मांसपेशियों के नुकसान को रोकने के लिए, और शोष से जुड़ी विभिन्न बीमारियों से भी बचें।

आयरन सिस्टमटीएम टीम
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ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज का इतिहास

एक मौलिक भौतिक घटना की खोज के संबंध में - विद्युत चुम्बकीय प्रेरण, जिसके आधार पर आधुनिक विद्युत इंजीनियरिंग की कई शाखाएं विकसित की गईं, यहां एक और, और भी महत्वपूर्ण खोज के इतिहास पर विचार करना उचित है - संरक्षण और परिवर्तन का कानून उर्जा से।

सभी समय के वैज्ञानिकों और चिकित्सकों ने विभिन्न ऊर्जा प्रक्रियाओं के अध्ययन की ओर रुख किया है और सामान्यीकरण का प्रयास किया है जिसमें ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून के निर्माण के तत्व शामिल हैं। यदि हम कानून की खोज के इतिहास की ओर मुड़ें, तो "ऊर्जा" शब्द महान कानून के इतिहास के अंतिम चरण में ही सामने आया। इसके अलावा, यह ध्यान में रखना आवश्यक है कि भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान की मुख्य उपलब्धियाँ, जिसने वास्तविक सामान्यीकरण करना संभव बनाया, 19वीं शताब्दी की शुरुआत से ही ज्ञात हो गई।

यहां तक ​​कि प्राचीन विचारकों (डेमोक्रिटस, एपिकुरस) ने भी पदार्थ और गति की अनंतता और अविनाशीता की पुष्टि की। रोजमर्रा की व्यावहारिक गतिविधि के लिए गति के नियमों के ज्ञान की आवश्यकता होती है, मुख्य रूप से एकमात्र ज्ञात - यांत्रिक। और इसलिए, यह कोई संयोग नहीं है कि ऊर्जा के संरक्षण का नियम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर क्रिस्टलीकृत होना शुरू हुआ। 1633 में, प्रकाश पर अपने ग्रंथ में, गति को संरक्षित करने का विचार प्रसिद्ध फ्रांसीसी वैज्ञानिक रेने डेसकार्टेस (1596-1650) द्वारा तैयार किया गया था: "जब एक शरीर दूसरे से टकराता है, तो वह उसे केवल उतनी ही गति प्रदान कर सकता है क्योंकि वह एक साथ हारता है, और उससे उतना ही दूर ले जाता है जितना वह अपनी गति बढ़ाता है। इस विचार को जर्मन वैज्ञानिक गॉटफ्राइड विल्हेम लाइबनिज (1646-1716) ने जीवित बलों के संरक्षण के अपने कानून में और विकसित किया था।

आइजैक न्यूटन (1643-1727) और गॉटफ्रीड लीबनिज के शास्त्रीय कार्यों के बाद, गति के संरक्षण के सिद्धांत को एम.वी. के कार्यों में स्पष्ट रूप से सूत्रीकरण मिला। लोमोनोसोव, जिन्होंने संरक्षण के दो सिद्धांतों को संयोजित करने का निर्णय लिया: गति और पदार्थ। यह एम.वी. था. लोमोनोसोव पदार्थ के संरक्षण के नियम की खोज के लिए जिम्मेदार थे, जिसे तब फ्रांसीसी वैज्ञानिक एंटोनी लॉरेंट लावोइसियर (1743-1794) द्वारा पूरी तरह से स्वतंत्र रूप से दोहराया गया था। 1744 में एम.वी. लोमोनोसोव ने वे शब्द लिखे जो प्रसिद्ध हो गए: "प्रकृति में होने वाले सभी परिवर्तन ऐसी अवस्था के होते हैं कि जितना कुछ एक शरीर से छीन लिया जाता है, उतना ही दूसरे में जोड़ा जाएगा, इसलिए यदि थोड़ा सा पदार्थ कहीं खो जाता है, तो यह किसी अन्य स्थान पर गुणा किया जाएगा... यह सार्वभौमिक प्राकृतिक नियम गति के नियमों तक ही विस्तारित है, क्योंकि एक शरीर जो अपने बल से दूसरे को गति देता है, वह अपने आप में से उतना ही खो देता है जितना वह दूसरे को देता है, जो उससे गति प्राप्त करता है।

तो 18वीं शताब्दी के मध्य में एम.वी. लोमोनोसोव ने प्रकृति के सार्वभौमिक नियम के रूप में द्रव्यमान और गति के संरक्षण के नियम को स्पष्ट रूप से तैयार किया। इसके अलावा, उनकी अभिव्यक्ति का पहला भाग ("प्रकृति में होने वाले सभी परिवर्तन ...") इतने व्यापक रूप से तैयार किया गया है कि यदि ये शब्द 100 साल बाद लिखे गए, जब अन्य "प्रकृति में परिवर्तन" ज्ञात हुए - ऊर्जा के कई पारस्परिक परिवर्तन (इलेक्ट्रिकल, थर्मल, केमिकल, मैकेनिकल), तो ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन और पदार्थ के संरक्षण के कानून के अन्य सूत्र अनावश्यक होंगे। लेकिन, दुर्भाग्य से, युग अभी भी वैसा नहीं था, और एम.वी. के वैज्ञानिक कार्य। लोमोनोसोव लगभग 150 वर्षों तक अज्ञात रहे।

ऊर्जा के एक रूप से दूसरे रूप में गुणात्मक परिवर्तनों को समझने में सक्षम होने के लिए, आवश्यक और पर्याप्त वैज्ञानिक और तकनीकी पूर्वापेक्षाएँ मौजूद होनी चाहिए। इन पूर्वापेक्षाओं में सबसे महत्वपूर्ण था ताप और ताप इंजीनियरिंग अभ्यास के सिद्धांत का विकास। यह ज्ञात है कि इतिहास के आरंभ में मनुष्य के विकास में आग ने क्या भूमिका निभाई। काम करने की प्रक्रिया में मनुष्य ने घर्षण द्वारा आग बनाना सीखा। घर्षण द्वारा आग के उत्पादन में, यांत्रिक ऊर्जा का तापीय ऊर्जा में गुणात्मक परिवर्तन पहले से ही स्पष्ट था।

लंबे समय तक कैलोरी के सिद्धांत द्वारा यांत्रिक और तापीय ऊर्जा के बीच संबंधों की स्थापना को वस्तुगत रूप से बाधित किया गया था। ऐसा माना जाता था कि किसी पदार्थ को संपीड़ित करने पर उसमें से कैलोरी निकल जाती है, उदाहरण के लिए, जब किसी गैस को संपीड़ित किया जाता है, जैसे संतरे का रस। एम.वी. के शानदार विचार ऊष्मा के स्रोत के रूप में आणविक गति के बारे में लोमोनोसोव, व्यापक अर्थों में ऊष्मा की गतिज प्रकृति के बारे में सामान्य वैज्ञानिक समुदाय की दृष्टि से बाहर रहे। भाप इंजन (1798) के युग में पहले से ही कैलोरी के सिद्धांत को सबसे महत्वपूर्ण झटका अमेरिकी बेंजामिन थॉम्पसन (1753-1814) के प्रयोगों से लगा था, जो यूरोप में काउंट रमफोर्ड के नाम से बेहतर जाने जाते थे। म्यूनिख में बंदूक बैरल की ड्रिलिंग करते समय, रमफ़ोर्ड ने गर्मी की रिहाई देखी, जो कि, हालांकि, सभी को पता थी। हालाँकि, रमफोर्ड यह दिखाने में सक्षम था कि इस मामले में लगभग असीमित मात्रा में गर्मी जारी की जा सकती है। अपने प्रयोगों में, उन्होंने बाहर से कहीं से भी कैलोरी, इस "गर्मी के पदार्थ" के प्रवेश को रोकने के लिए ड्रिल और बैरल को अलग करने के उपाय किए।

लेकिन रमफोर्ड के प्रयोगों के बाद लगभग 30 वर्षों तक, कैलोरी का सिद्धांत, सही और परिष्कृत, गर्मी के कारणों को समझाने में प्रमुख स्थान रखता रहा। एक प्रकार की गति (उदाहरण के लिए, यांत्रिक) को दूसरे (उदाहरण के लिए, थर्मल) में बदलने के तथ्य को समझने के लिए एक समकक्ष का विचार, विशेष रूप से गर्मी के यांत्रिक समकक्ष, अनिवार्य रूप से महत्वपूर्ण था।

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज के इतिहास की नाटकीय प्रकृति यह थी कि इस नियम की पूर्ण मान्यता के क्षण तक, इसकी वैधता की पुष्टि करने वाली लगभग हर पिछली खोज को या तो प्रकाशित नहीं किया गया था, या उचित ध्यान नहीं दिया गया था। यह, या इसे केवल आधिकारिक विज्ञान द्वारा शत्रुता का सामना करना पड़ा।

एम.वी. द्वारा प्रासंगिक कार्य लोमोनोसोव को 1904 तक भुला दिया गया था, और एक समय में रूस में प्रकाशित होने के कारण, वे पश्चिमी प्रयोगशालाओं में प्रवेश नहीं कर पाए। रमफ़ोर्ड, कैलोरी सिद्धांत की नींव को हिलाकर, यांत्रिक गति के ताप में परिवर्तन की तुल्यता का प्रमाण पाए बिना इसे उखाड़ नहीं सका। अट्ठाईस वर्षीय प्रतिभाशाली फ्रांसीसी इंजीनियर सादी कार्नोट (1796-1832) ने 1824 में एक उल्लेखनीय काम प्रकाशित किया, "अग्नि के प्रेरक बल और इस बल को विकसित करने में सक्षम मशीनों पर विचार", जिसमें उन्होंने बाद में जो सामने आया उसे रेखांकित किया। इसे ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम या "कार्नो का सिद्धांत" कहा जाएगा। लेकिन बाद के अध्ययन, जिसमें एस. कार्नोट ने कैलोरी सिद्धांत को त्याग दिया और पहली बार गर्मी के यांत्रिक समकक्ष को निर्धारित किया, समय पर प्रकाशित नहीं हुए, और उनकी पांडुलिपियां केवल 1878 में ज्ञात हुईं।

अपनी एकमात्र पुस्तक के परिशिष्ट में, एस. कार्नोट ने लिखा: “गर्मी एक प्रेरक शक्ति, या यूं कहें कि, आंदोलन से अधिक कुछ नहीं है जिसने अपना रूप बदल लिया है। यह पिंडों के कणों की गति है। जहां कहीं भी प्रेरक शक्ति नष्ट हो जाती है, वहां उसी मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न होती है जो लुप्त हुई प्रेरक शक्ति की मात्रा के बिल्कुल समानुपाती होती है। इसके विपरीत, जब भी गर्मी गायब हो जाती है, एक प्रेरक शक्ति उत्पन्न होती है। एस. कार्नोट के माप के अनुसार, ऊष्मा का यांत्रिक समतुल्य 370 kg∙m था (याद रखें कि यह मान 427 kg∙m, या 4186 J है)।

एस. कार्नोट के सैद्धांतिक अध्ययन ने विकासशील उद्योग द्वारा पूछे गए एक विशिष्ट प्रश्न का उत्तर दिया कि ताप इंजन को और अधिक किफायती कैसे बनाया जाए। एस. कार्नोट इस विश्वास से आगे बढ़े कि सतत गति असंभव है। लेकिन उनके समकालीनों ने भी इन कार्यों पर उतना ध्यान नहीं दिया जिसके वे हकदार थे।

विद्युत धारा के रासायनिक, थर्मल और यांत्रिक प्रभावों पर शोध, 19वीं शताब्दी के पहले 40 वर्षों में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना की खोज। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज के लिए दूसरी महत्वपूर्ण शर्त के रूप में कार्य किया।

1836 में एम. फैराडे ने इलेक्ट्रोलिसिस के दो नियम बनाए, जिनकी मदद से उन्होंने बिजली की मात्रा और किसी पदार्थ के रासायनिक गुणों के बीच संबंध स्थापित किया।

महान अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ने निश्चित रूप से विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के बीच, या, उस समय की शब्दावली में, विभिन्न ताकतों के बीच समकक्ष स्थापित करने की आवश्यकता पर जोर दिया। उन्होंने लिखा: “हमारे पास ऐसी कई प्रक्रियाएँ हैं जिनमें बल का बाहरी रूप ऐसे परिवर्तनों से गुज़र सकता है कि उसका दूसरे रूप में स्पष्ट परिवर्तन हो जाता है। इस प्रकार, हम रासायनिक बल को विद्युत धारा में और विद्युत धारा को रासायनिक बल में बदल सकते हैं। टी. सीबेक और जे. पेल्टे के उत्कृष्ट प्रयोग गर्मी और बिजली के पारस्परिक संबंध को दर्शाते हैं, और जी. ओर्स्टेड और मेरे स्वयं के प्रयोग बिजली और चुंबकत्व की परिवर्तनीयता को दर्शाते हैं। लेकिन किसी भी मामले में, यहां तक ​​कि इलेक्ट्रिक ईल और स्टिंगरे के साथ भी, उसे खिलाने वाली किसी चीज़ के समान व्यय के बिना बल का उत्पादन नहीं होता है। 1837 में अपनी डायरी में, एम. फैराडे ने लिखा: "भौतिक बलों (यानी बिजली, गुरुत्वाकर्षण, रासायनिक आत्मीयता, सामंजस्य, आदि) की संख्या की तुलना करना आवश्यक है, जहां उनके लिए अभिव्यक्ति देना संभव है किसी न किसी रूप में समतुल्य।"

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज में ई.के.एच. के कार्यों ने महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। लेन्ज़ और, विशेष रूप से, प्रेरित धारा की दिशा पर कानून और विद्युत मशीनों की उत्क्रमणीयता के सिद्धांत की उनकी खोज। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज के लिए एक महत्वपूर्ण शर्त जीव विज्ञान की सफलता थी।

मानव और पशु शरीर में विशेष "जीवन शक्ति" के बारे में मिथक दूर हो गया। भोजन की मात्रा और कार्य करने की क्षमता के बीच सीधा संबंध स्थापित किया गया।

19वीं सदी का 40 का दशक व्यापक सामान्यीकरण का समय था। इतिहास ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम को स्थापित करने में जर्मन वैज्ञानिकों रॉबर्ट मेयर (1814-1878) और हरमन हेल्महोल्ट्ज़ के साथ-साथ अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स जूल (1818-1889) को निर्णायक भूमिका सौंपता है।

आर मेयर एक डच जहाज पर जहाज के डॉक्टर थे, जब 1840 में, ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून का विचार "अचानक" उनके मन में आया। शब्द "अचानक" को एक कारण से उद्धरण चिह्नों में रखा गया है: आर. मेयर ने बाद में अचानक अंतर्दृष्टि के बारे में लिखा, लेकिन क्या कोई खोज अचानक हो सकती है, जिसके परिसर के बारे में तुबिंगन विश्वविद्यालय के स्नातक को अच्छी तरह से पता था? आर. मेयर के लिए प्रारंभिक आवेग अचानक था: उन्होंने उस बात की ओर ध्यान आकर्षित किया जो उष्णकटिबंधीय अक्षांशों में लगातार काम करने वाले डॉक्टरों को अच्छी तरह से पता थी। जब जहाज जावा में रुका हुआ था, एक नाविक बीमार पड़ गया, और आर. मेयर ने, जैसा कि तब प्रथागत था, नस खोलकर "उसे खून बहाया"। उसके आश्चर्य की कल्पना कीजिए जब उसने देखा कि शिरापरक रक्त समशीतोष्ण अक्षांशों की तरह गहरा नहीं था। आर. मेयर ने महसूस किया कि उच्च औसत वायु तापमान पर, महत्वपूर्ण कार्यों और शरीर के आवश्यक तापमान को बनाए रखने के लिए, कम पोषक तत्वों और बाद वाले के कम "जलने" की आवश्यकता होती है। रसायन विज्ञान, भौतिकी और जीवविज्ञान के क्षेत्र से कई वैज्ञानिक तथ्यों की तुलना ने उन्हें इस निष्कर्ष पर पहुंचाया कि आर मेयर की अभिव्यक्ति के अनुसार, विचारों ने उन्हें बिजली की तरह छेद दिया, जिससे एक सार्वभौमिक कानून के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष निकला। प्रकृति।

1841 में, आर. मेयर ने "बलों के मात्रात्मक और गुणात्मक निर्धारण पर" एक लेख लिखा था, लेकिन यूरोप में एक प्रसिद्ध भौतिक पत्रिका के संपादक ने इसे प्रकाशित करना आवश्यक नहीं समझा। लेख की पांडुलिपि संपादकीय अभिलेखागार में खोजी गई थी और केवल 1881 में प्रकाशित हुई थी, अर्थात्। 40 साल बाद. अगला लेख, "निर्जीव प्रकृति की शक्तियों पर नोट्स" 1842 में प्रकाशित हुआ था। इस काम में, आर मेयर एस के संबंधित शोध के बारे में जाने बिना, यांत्रिक कार्य और गर्मी के पारस्परिक परिवर्तनों पर बहुत ध्यान देते हैं। कार्नोट, ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को निर्धारित करता है (उनके अनुसार, यह 365 kg∙m/kcal के बराबर है), बलों की "अविनाशीता" की बात करता है और अपना सिद्धांत तैयार करता है। यहाँ, विज्ञान के इतिहास में पहली बार, आर. मेयर ने इस शब्द का उच्चारण किए बिना "ऊर्जा" का अर्थ "बल" की अवधारणा में डाला है (हालाँकि, इस शब्द का उच्चारण पहले किया गया था; इस शब्द के साथ अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी थॉमस यंग (1773-1829) ने गतिमान पिंड के द्रव्यमान और गति के वर्ग के समानुपाती एक मात्रा निर्धारित की।

आर. मेयर के विचार इतने सामान्य और सार्वभौमिक प्रकृति के थे कि उन्हें शुरू में उनके समकालीनों द्वारा स्वीकार नहीं किया गया था। उनका जीवन अपने सिद्धांत को स्थापित करने के लिए सतत संघर्ष में बदल गया।

ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष का शास्त्रीय माप 1841-1843 में किया गया था। (प्रकाशित 1843) डी. जूल। उनके अनुसार, यह समतुल्य 460 kg∙m/kcal था। डी. जूल ने, ई. लेन्ज़ से स्वतंत्र रूप से, विद्युत धारा और उत्पन्न ऊष्मा के बीच संबंध भी स्थापित किया (जूल-लेन्ज़ नियम)। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि ब्रिटिश सोसाइटी (जैसा कि ब्रिटिश एकेडमी ऑफ साइंसेज कहा जाता है) ने डी. जूल के काम को पूर्ण रूप से प्रकाशित करने से इनकार कर दिया, उनसे अधिक से अधिक प्रयोगात्मक स्पष्टीकरण की मांग की।

अंततः, 1847 में, जी. हेल्महोल्ट्ज़ ने अपने काम "ऑन द कंजर्वेशन ऑफ फोर्स" में संरक्षण कानून को उसके सबसे सामान्य रूप में दिया, जिसमें दिखाया गया कि संभावित और गतिज ऊर्जा का योग स्थिर रहता है। जी. हेल्महोल्ट्ज़ ने ऊर्जा संरक्षण के नियम के आधार पर प्रेरण के इलेक्ट्रोमोटिव बल के लिए अभिव्यक्ति प्राप्त की। वहां पहली बार कानून की गणितीय व्याख्या दी गई। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के सटीक सूत्रीकरण तक विज्ञान ने जो लंबी यात्रा की है, उसका समापन डब्ल्यू थॉमसन की रिपोर्ट "गर्मी के गतिशील सिद्धांत पर" (1851) माना जा सकता है।

1860 में, डब्ल्यू. थॉमसन ने "ऊर्जा" शब्द को उसके आधुनिक अर्थ में विज्ञान में पेश किया। तकनीकी थर्मोडायनामिक्स के रचनाकारों में से एक, प्रसिद्ध स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी विलियम जॉन मैकक्वार्न रैंकिन (रैंकिन) (1820-1872) 1853 में "ऊर्जा" शब्द की इसी व्याख्या पर आए थे।

कानून की खोज के इतिहास की प्रस्तुति को उत्कृष्ट अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और सार्वजनिक व्यक्ति जॉन डिमोंड बर्नल (1901-1971) के शब्दों के साथ समाप्त करना उचित है, जो 100 साल बाद लिखा गया था: "ऊर्जा के संरक्षण का कानून .. .19वीं सदी के मध्य की सबसे बड़ी भौतिक खोज थी। उन्होंने कई विज्ञानों को संयोजित किया और उस समय की प्रवृत्तियों के साथ उनका असाधारण सामंजस्य था। ऊर्जा भौतिकी की सार्वभौमिक मुद्रा बन गई है - ब्रह्मांड में होने वाले परिवर्तनों का स्वर्ण मानक... संपूर्ण मानव गतिविधि - उद्योग, परिवहन, प्रकाश व्यवस्था और अंततः, भोजन और जीवन - को इस एक सामान्य शब्द - ऊर्जा पर निर्भरता के दृष्टिकोण से माना जाता था।

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यांत्रिक ऊर्जा के संरक्षण का नियम

एक रूढ़िवादी यांत्रिक प्रणाली की यांत्रिक ऊर्जा समय के साथ संरक्षित रहती है।

सीधे शब्दों में कहें तो, विघटनकारी बलों (उदाहरण के लिए, घर्षण बल) की अनुपस्थिति में, यांत्रिक ऊर्जा किसी भी चीज़ से उत्पन्न नहीं होती है और कहीं भी गायब नहीं हो सकती है।

उदाहरण के लिए, भौतिक निकायों की एक बंद प्रणाली के लिए, समानता सत्य है
एक1 + ईपी1 = एक2 + ईपी2,
कहाँ एक1, ईपी1- किसी भी अंतःक्रिया की प्रणाली की गतिज और स्थितिज ऊर्जा, एक2, ईपी2- के बाद संगत ऊर्जा।

ऊर्जा संरक्षण का नियम- यह अभिन्न कानून. इसका मतलब यह है कि इसमें विभेदक कानूनों की कार्रवाई शामिल है और यह उनकी संयुक्त कार्रवाई की संपत्ति है।

यांत्रिक ऊर्जा के संरक्षण के नियम का प्रतिपादन।

कुल यांत्रिक ऊर्जा, अर्थात। किसी पिंड की स्थितिज और गतिज ऊर्जा का योग स्थिर रहता है यदि केवल लोच और गुरुत्वाकर्षण बल कार्य करते हैं और कोई घर्षण बल नहीं होते हैं।

भौतिकी पर अन्य नोट्स

यह विचार परिपक्व हुआ और "भारहीन" की अवधारणा पर आधारित विचारों के साथ टकराव शुरू हो गया। यह विचार विभिन्न वैज्ञानिकों द्वारा तेजी से व्यक्त किया जा रहा है, और इस विचार को भौतिक कानून का रूप देने के लिए एक कदम की आवश्यकता थी। यह कदम कई वैज्ञानिकों ने उठाया है. यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज के समय उनमें से कई भौतिक विज्ञानी नहीं थे। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम को स्थापित करने में मुख्य भूमिका जर्मन डॉक्टर मेयर, जर्मन वैज्ञानिक हेल्महोल्ट्ज़ (जो उस समय एक डॉक्टर और शरीर विज्ञानी थे और उसके बाद ही भौतिक विज्ञानी बने) और अंततः अंग्रेज जूल ने निभाई थी। जो भौतिक अनुसंधान में लगा हुआ था।

रॉबर्ट मेयर

रॉबर्ट मेयर (1814-1878) ने चिकित्सा और शरीर विज्ञान का अध्ययन किया। 1840 में, उन्होंने पाया कि उष्ण कटिबंध में रहने वाले लोगों की नसों से लिए गए रक्त का रंग यूरोप में रहने वाले लोगों की तुलना में अधिक चमकीला था। इस घटना की जांच करते हुए, मेयर ने निर्णय लिया कि इसका कारण मानव शरीर और पर्यावरण के बीच तापमान का अंतर था। इस प्रश्न पर विचार करते हुए, वह अंततः "प्रकृति की शक्तियों" की अविनाशीता और एक दूसरे में बदलने की उनकी क्षमता के सामान्य विचार पर आए। मेयर ने सबसे पहले अपने काम "बलों के मात्रात्मक और गुणात्मक निर्धारण पर" में अपने विचारों और निष्कर्षों को रेखांकित किया। यहाँ, "बल" शब्द से, मेयर का तात्पर्य है कि जिसे बाद में ऊर्जा कहा जाने लगा। उन्होंने अपने बाद के कार्यों में इस शब्द को बरकरार रखा है। मेयर के अनुसार बल वे कारण हैं जो निकायों के पदार्थों के बीच पारस्परिक संबंध को बदलते हैं। मेयर के अनुसार, तर्क के नियमों और कार्य-कारण के सिद्धांत से यह निष्कर्ष निकलता है कि ताकतें अविनाशी वस्तुएं हैं, लेकिन अपने गुणों में बदलती रहती हैं। विज्ञान, "बलों (भौतिकी) के अस्तित्व के प्रकार का अध्ययन करते हुए, अपनी वस्तुओं की मात्रा को अपरिवर्तित और केवल उनकी गुणवत्ता को बदलता हुआ मानना ​​चाहिए" 1, मेयर का मानना ​​है। वह आगे लिखते हैं:

"...गति, गर्मी और, जैसा कि हम बाद में दिखाना चाहते हैं, बिजली, ऐसी घटनाएं हैं जो एक-दूसरे द्वारा मापी जाती हैं और कुछ कानूनों के अनुसार एक-दूसरे में बदल जाती हैं" 2

इन सामान्य सिद्धांतों को व्यक्त करने के बाद, मेयर ने, उन पर विशेष रूप से विचार करने पर, कई गलत और भ्रमित करने वाली धारणाएँ बनाईं। इसलिए, उदाहरण के लिए, उन्होंने यांत्रिक गति के माप के रूप में गतिज ऊर्जा नहीं, बल्कि गति की मात्रा ली। मेयर का इरादा इस काम को भौतिकी पत्रिका एनालेन डेर फिजिक में प्रकाशित करने का था। हालाँकि, पत्रिका के संपादक पोग्गेंडॉर्फ ने इसे प्रकाशित करने से इनकार कर दिया। लेख सामान्य अर्ध-दार्शनिक प्रकृति का था और इसमें कोई विशिष्ट प्रयोगात्मक या सैद्धांतिक परिणाम शामिल नहीं थे।

उसी 1841 में, मेयर ने उसी मुद्दे पर एक नया काम लिखा और, अपने असफल अनुभव को ध्यान में रखते हुए, इसे रासायनिक-फार्मास्युटिकल पत्रिका "एनालेन डेर केमी अंड फार्मेसी" में भेजा, जहां इसे 1842 में "नोट्स" शीर्षक के तहत प्रकाशित किया गया था। निर्जीव प्रकृति की शक्तियों पर।" इस लेख में, मुख्य रूप से सामान्य प्रकृति के, मेयर ने अपने विचारों को अधिक गहनता से विकसित किया और पहले लेख में निहित गलत प्रावधानों को नहीं बनाया। एक नई महत्वपूर्ण बात यह थी कि यांत्रिक ऊर्जा के ऊष्मा में परिवर्तन की बात करते हुए मेयर ने पहली बार ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष के अस्तित्व को स्थापित किया। उन्होंने लिखा है:

“...इस प्रश्न का उत्तर देना आवश्यक है कि गिरने या गति के बल की एक निश्चित मात्रा के अनुरूप ऊष्मा की मात्रा कितनी बड़ी है। उदाहरण के लिए, हमें यह निर्धारित करना था कि एक निश्चित भार को पृथ्वी की सतह से कितना ऊपर उठाया जाना चाहिए ताकि उसका गिरने वाला बल पानी के बराबर वजन को 0 से 1° तक गर्म करने के बराबर हो। 3 .

मेयर आगे रिपोर्ट करते हैं कि उन्होंने निरंतर दबाव सी पी पर हवा की गर्मी क्षमता और स्थिर मात्रा सी वी पर गर्मी क्षमता के पहले से ही ज्ञात मूल्यों का उपयोग करके संबंधित गणना की, और गर्मी के यांत्रिक समकक्ष पाया, जो उनकी गणना के अनुसार , 365 किलोग्राम/किलो कैलोरी के बराबर निकला।

1845 में, मेयर ने "ऑर्गेनिक मूवमेंट इन इट्स कनेक्शन विद मेटाबॉलिज्म" पुस्तक प्रकाशित की, जहां उन्होंने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन ("बल," उनकी शब्दावली में) के सिद्धांत को अधिक विस्तार से रेखांकित किया। अधिक विस्तार से मेयर के मुख्य बिंदु इस प्रकार हैं। प्रकृति में, उनका मानना ​​था, दो प्रकार के कारण होते हैं: एक को वजन और अभेद्यता की संपत्ति की विशेषता होती है - यह पदार्थ है, कारणों का दूसरा समूह बल है। पदार्थ और शक्तियाँ अविनाशी हैं। यह इस सिद्धांत पर आधारित है कि एक कारण हमेशा एक प्रभाव के बराबर होता है, जो बदले में बाद की कार्रवाई का कारण होता है। वहीं, कारण अलग-अलग रूप ले सकते हैं। "कारण (मात्रात्मक रूप से) अविनाशी हैं और (गुणात्मक रूप से) वस्तुओं को बदलने में सक्षम हैं।" इस संबंध में, बल अविनाशी वस्तुएं हैं जो परिवर्तन करने में सक्षम हैं। प्रकृति में कई गुणात्मक रूप से भिन्न "बल" हैं। पहला, आंदोलन: "आंदोलन शक्ति है।" यह ताकत जनशक्ति की मात्रा से मापी जाती है। जब लोचदार पिंड टकराते हैं, तो "जीवित बलों" की कुल मात्रा स्थिर रहती है। एक अन्य बल "गिरने वाला बल" है। इस बल से मेयर का तात्पर्य उठे हुए पिंड की स्थितिज ऊर्जा से है। इसे वजन और ऊंचाई के गुणनफल द्वारा मापा जाता है। गिरते समय, "गिरने की शक्ति" और "गति की शक्ति" परस्पर एक दूसरे में बदल जाती हैं। इनकी कुल मात्रा स्थिर रहती है। गर्मी भी "बल" है. इसे यांत्रिक गति में बदला जा सकता है, और इसके विपरीत भी। यांत्रिक प्रभाव (मेयर के अनुसार सामान्य नाम, गतिज और स्थितिज ऊर्जा के लिए) का ऊष्मा में रूपांतरण और इसके विपरीत हमेशा सख्ती से समतुल्य मात्रा में होता है। अपने काम "ऑर्गेनिक मूवमेंट एंड मेटाबॉलिज्म" में, मेयर गर्मी के यांत्रिक समकक्ष (1842 के लेख की तुलना में) के लिए अधिक सटीक मान देते हैं, जो स्थिर मात्रा और निरंतर दबाव पर हवा की गर्मी क्षमता के बीच अंतर के आधार पर फिर से पाया जाता है। उनकी गणना के अनुसार, यांत्रिक समतुल्य 425 kgm/kcal है।

विद्युत भी शारीरिक बल की अभिव्यक्ति का एक रूप है। घर्षण की स्थिति में यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत में परिवर्तित किया जा सकता है। मेयर ने इलेक्ट्रोफोर का उदाहरण देते हुए सही कहा कि शीर्ष प्लेट को हटाते समय गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध कार्य करने के अलावा विद्युत बल के विरुद्ध यांत्रिक कार्य भी करना पड़ता है।

सूचीबद्ध बलों के अलावा, "रासायनिक बल" भी है। मेयर के अनुसार, यह शक्ति उन रासायनिक पदार्थों में होती है जो अलग होने पर भी संयोजन करने में सक्षम होते हैं: रासायनिक रूप से अलग अस्तित्व, या पदार्थों का रासायनिक अंतर, "बल" है। मेयर "बलों" की अंतरपरिवर्तनीयता के उदाहरणों पर विचार करते हैं: गर्मी और बिजली में यांत्रिक गति, गर्मी में बिजली और "यांत्रिक प्रभाव", बिजली में गर्मी, आदि। मेयर ने समझा कि उनका सिद्धांत न केवल नया था, बल्कि मौजूदा विचारों का भी खंडन करता था। इसलिए, वह विशेष रूप से असंभव के विचार के खिलाफ बोलते हैं। वह लिख रहा है:

“आइए हम महान सत्य व्यक्त करें: कोई सारहीन मामले नहीं हैं। हम अच्छी तरह से जानते हैं कि हम गहरी जड़ें जमाने वाली उन परिकल्पनाओं के खिलाफ लड़ रहे हैं जिन्हें सबसे बड़े अधिकारियों द्वारा विहित किया गया है, कि हम चाहते हैं, अभेद्य तरल पदार्थों के साथ, ग्रीस के देवताओं के अवशेषों को प्रकृति की शिक्षा से बाहर कर दें; हालाँकि, हम यह भी जानते हैं कि प्रकृति अपने सरल सत्य में मानव हाथों की किसी भी रचना से, निर्मित आत्मा के सभी भ्रमों से अधिक महान और सुंदर है।" 4 .

मेयर के पहले कार्यों ने भौतिकविदों का ध्यान आकर्षित नहीं किया। वे भौतिकी पत्रिकाओं में प्रकाशित नहीं हुए थे, और बड़े पैमाने पर सामान्य प्रकृति के थे, इस तथ्य का उल्लेख नहीं करने के लिए कि वे कैलोरिक के प्रचलित सिद्धांत के साथ और सामान्य तौर पर असंभव के बारे में विचारों के साथ संघर्ष में थे।

1843 में, मेयर से स्वतंत्र होकर, अंग्रेज जेम्स प्रेस्कॉट जूल (1818-1889) ने ऊष्मा और कार्य की तुल्यता की खोज की, और फिर ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज की। 1841 से, जूल विद्युत प्रवाह द्वारा गर्मी की रिहाई का अध्ययन कर रहा है। इस समय, विशेष रूप से, उन्होंने एक ऐसे कानून की खोज की जिसे लेन्ज़ (जूल-लेन्ज़ कानून) द्वारा स्वतंत्र रूप से स्थापित किया गया था। फिर एक निश्चित समय में गैल्वेनिक सेल सहित पूरे सर्किट में जारी गर्मी की कुल मात्रा की जांच करते हुए, उन्होंने निर्धारित किया कि गर्मी की यह मात्रा उसी समय के दौरान तत्व में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गर्मी के बराबर है। वह, जूल, की राय है कि विद्युत धारा सर्किट में जारी गर्मी का स्रोत गैल्वेनिक सेल में होने वाली रासायनिक प्रक्रियाएं हैं, और विद्युत धारा, जैसे कि, इस गर्मी को पूरे सर्किट में ले जाती है। उन्होंने लिखा है कि "बिजली को एक महत्वपूर्ण एजेंट माना जा सकता है जो रासायनिक गर्मी को स्थानांतरित, व्यवस्थित और संशोधित करता है" 5। लेकिन एक "विद्युत चुम्बकीय मशीन" विद्युत धारा के स्रोत के रूप में भी काम कर सकती है। इस मामले में हमें विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न ऊष्मा पर कैसे विचार करना चाहिए? जूल यह प्रश्न भी पूछता है: यदि एक मैग्नेटोइलेक्ट्रिक मशीन (यानी, एक इलेक्ट्रिक मोटर) को गैल्वेनिक तत्व वाले सर्किट से जोड़ा जाए तो क्या होगा? यह सर्किट में करंट द्वारा उत्पन्न गर्मी की मात्रा को कैसे प्रभावित करेगा?

जेम्स प्रेस्कॉट जूल

इस दिशा में अपने शोध को जारी रखते हुए, जूल नए महत्वपूर्ण परिणामों पर पहुंचे, जिन्हें उन्होंने 1843 में प्रकाशित "द थर्मल इफेक्ट ऑफ मैग्नेटोइलेक्ट्रिसिटी एंड द मैकेनिकल वैल्यू ऑफ हीट" में रेखांकित किया। सबसे पहले, जूल ने मात्रा के प्रश्न की जांच की। प्रेरण धारा द्वारा उत्पन्न ऊष्मा। ऐसा करने के लिए, उन्होंने पानी से भरी एक ट्यूब में लोहे की कोर के साथ एक तार का तार रखा और इसे चुंबक के ध्रुवों द्वारा गठित चुंबकीय क्षेत्र में घुमाया (चित्र 63)। पारा कम्यूटेटर का उपयोग करके तार के कुंडल के सिरों से जुड़े गैल्वेनोमीटर के साथ प्रेरण धारा के परिमाण को मापना, और साथ ही ट्यूब में धारा द्वारा उत्पन्न गर्मी की मात्रा का निर्धारण करना, जूल इस निष्कर्ष पर पहुंचा कि प्रेरण धारा, जैसे गैल्वेनिक धारा, ऊष्मा छोड़ती है, जिसकी मात्रा धारा और प्रतिरोध के वर्ग के समानुपाती होती है।

चावल। 63. जूल की स्थापना (चुम्बक को ड्राइंग में दर्शाया नहीं गया है)

चावल। 64. ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को निर्धारित करने के लिए जूल स्थापना

फिर जूल ने पानी की एक ट्यूब में रखे तार के तार को गैल्वेनिक सर्किट से जोड़ दिया। इसे विपरीत दिशाओं में घुमाते हुए, उन्होंने सर्किट में वर्तमान और एक निश्चित अवधि के दौरान उत्पन्न गर्मी को मापा, ताकि कुंडल एक बार विद्युत मोटर की भूमिका निभाए, और दूसरी बार विद्युत प्रवाह जनरेटर के रूप में। फिर गैल्वेनिक सेल में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गर्मी के साथ जारी गर्मी की मात्रा की तुलना करते हुए, जूल इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि "रासायनिक क्रिया के कारण गर्मी में वृद्धि या कमी हो सकती है" और "इसलिए, हमारे पास मैग्नेटोइलेक्ट्रिसिटी में है एक एजेंट जो सामान्य यांत्रिक तरीकों से नष्ट करने या गर्मी पैदा करने में सक्षम है" 6।

अंत में, जूल ने इस ट्यूब को पहले से ही गिरते वजन के प्रभाव में एक चुंबकीय क्षेत्र में घूमने के लिए मजबूर किया। पानी में जारी गर्मी की मात्रा और वजन कम करते समय किए गए काम को मापते हुए, उन्होंने गर्मी के यांत्रिक समकक्ष की गणना की, जो निकला 460 kgm/kcal के बराबर हो।

उसी वर्ष, जूल ने एक प्रयोग की सूचना दी जिसमें यांत्रिक कार्य को सीधे ऊष्मा में परिवर्तित किया गया। उन्होंने संकरी नलियों* के माध्यम से पानी डालने पर निकलने वाली गर्मी को मापा और पाया कि गर्मी का यांत्रिक समकक्ष 423 किलोग्राम/किलो कैलोरी है।

इसके बाद, जूल फिर से गर्मी के यांत्रिक समकक्ष के प्रयोगात्मक निर्धारण पर लौट आया। 1849 में, उन्होंने ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को मापने पर एक प्रसिद्ध प्रयोग किया। गिरते हुए वजन का उपयोग करते हुए, उन्होंने तरल से भरे कैलोरीमीटर के अंदर ब्लेड वाली एक धुरी को घूमने के लिए मजबूर किया (चित्र 64)। भार द्वारा किए गए कार्य और कैलोरीमीटर में जारी गर्मी को मापने पर, जूल को 424 किलोग्राम/किलो कैलोरी के बराबर गर्मी का यांत्रिक समकक्ष प्राप्त हुआ।

ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष की खोज ने जूल को ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज के लिए प्रेरित किया। 1847 में मैनचेस्टर में दिए एक व्याख्यान में उन्होंने कहा:

“इसलिए, आप देखते हैं कि जीवित शक्ति को गर्मी में परिवर्तित किया जा सकता है और उस गर्मी को जीवित शक्ति में, या दूरी पर आकर्षण में परिवर्तित किया जा सकता है। इसलिए, तीनों - अर्थात्, गर्मी, जीवन शक्ति और दूरी पर आकर्षण (जिसमें मैं प्रकाश को शामिल कर सकता हूं ...) - परस्पर एक दूसरे में परिवर्तनीय हैं। इसके अलावा, इन परिवर्तनों के दौरान कुछ भी नहीं खोता है।” 7 .

हरमन हेल्महोल्ट्ज़ (1821-1894) प्रशिक्षण से एक डॉक्टर और शरीर विज्ञानी थे, मेडिकल-सर्जिकल संस्थान से स्नातक होने के तुरंत बाद वे शरीर विज्ञान के क्षेत्र में अनुसंधान में लगे हुए थे, विशेष रूप से जीवन में ऊर्जा के विभिन्न रूपों को परिवर्तित करने के मुद्दे से संबंधित थे। जीव। इन अध्ययनों से यह प्रश्न सामने आया: "प्रकृति की विभिन्न शक्तियों के बीच क्या संबंध होना चाहिए, यदि हम स्वीकार करते हैं कि स्थायी मोबाइल आम तौर पर असंभव है?" 8 . इस समस्या पर काम करते हुए, हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज में भी आये। उन्होंने एक पेपर लिखा जिसे पोग्गेंडॉर्फ ने अपनी पत्रिका में प्रकाशित करने से भी इनकार कर दिया; इसे 1847 में एक अलग पुस्तक के रूप में प्रकाशित किया गया था।

हेल्महोल्ट्ज़ "जीवित बलों" के संरक्षण के प्रसिद्ध कानून से आगे बढ़ते हैं, जो निश्चित रूप से केंद्रीय बलों के लिए मान्य है। वह लिख रहा है:

"जब प्राकृतिक पिंड समय और गति से स्वतंत्र, आकर्षक और प्रतिकारक शक्तियों के साथ एक-दूसरे पर कार्य करते हैं, तो उनकी जीवित शक्तियों और तनाव बलों का योग स्थिर रहता है, इसलिए प्राप्त कार्य की अधिकतम सीमा निश्चित और सीमित होगी मूल्य” 9. (यहां, "तनाव बल" (स्पैन्क्राफ्ट) से हेल्महोल्ट्ज़ का मतलब संभावित ऊर्जा से है।)

हालाँकि, जीवित शक्तियों के संरक्षण का नियम केवल यांत्रिकी में लागू होता है, और तब भी केवल रूढ़िवादी ताकतों के मामले में (हेल्महोल्ट्ज़ ने शुरू में अपनी कार्रवाई को केंद्रीय बलों तक सीमित रखा था)।

हरमन हेल्महोल्त्ज़

अब "बलों" के संरक्षण के सामान्य नियम की ओर बढ़ने के लिए (जैसा कि हेल्महोल्ट्ज़, मेयर की तरह, ऊर्जा कहते हैं), उनका मानना ​​है कि सभी प्राकृतिक घटनाएं अंततः भौतिक निकायों की गति और व्यवस्था पर निर्भर करती हैं जिनके बीच केंद्रीय बल कार्य करते हैं।

अब तक, हेल्महोल्ट्ज़ के इस तरह के तर्क में कुछ भी नया नहीं है। उनसे पहले और उनके समय में कई लोग ऐसा सोचते थे. और यदि उन्होंने खुद को इन विचारों तक ही सीमित रखा होता, तो ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून की खोज में उनकी योग्यता शून्य हो जाती। मुख्य बात यह है कि उन्होंने अध्ययन किया कि कैसे, उनकी राय में, "जीवित शक्तियों" के संरक्षण का नियम सभी भौतिक घटनाओं में प्रकट होता है: यांत्रिकी, थर्मोफिजिक्स, इलेक्ट्रोडायनामिक्स, आदि। उन्होंने वास्तव में विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के परिवर्तन के प्रश्न का अध्ययन किया भौतिक प्रक्रियाओं में, हालाँकि उनका मानना ​​था कि ये रूप "जीवित शक्ति" या "तनाव शक्ति" की अभिव्यक्ति हैं।

हेल्महोल्ट्ज़ ने सबसे पहले यांत्रिकी के ढांचे के भीतर ऊर्जा परिवर्तन की प्रक्रियाओं की जांच की, यानी गतिज ऊर्जा को संभावित ऊर्जा में बदलने की प्रक्रिया और इसके विपरीत। फिर वह उन प्रक्रियाओं की जांच करता है जिनके द्वारा यांत्रिक गति को गर्मी में परिवर्तित किया जाता है, और जूल द्वारा गर्मी के यांत्रिक समकक्ष की खोज का हवाला दिया जाता है। इसके बाद, हेल्महोल्त्ज़ विद्युत परिघटनाओं की ओर बढ़ते हैं। उन्होंने निर्धारित किया कि आवेशित संधारित्र की ऊर्जा 1/2 q 2 /c के बराबर है, जहाँ q आवेश है और c संधारित्र की धारिता है। डिस्चार्ज के दौरान, यह ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, जो संधारित्र प्लेटों को बंद करने वाले कंडक्टर में जारी होती है।

हेल्महोल्ट्ज़ गैल्वेनिक सर्किट में ऊर्जा प्रक्रियाओं का भी अध्ययन करता है; विद्युत धारा के कार्य और सर्किट में उत्पन्न गर्मी (जूल-लेनज़ कानून का उपयोग करके) पर विचार करता है, साथ ही उस मामले पर भी जब सर्किट में थर्मोएलिमेंट शामिल होता है।

विद्युत चुम्बकीय परिघटनाओं पर विचार करते हुए, ऊर्जा संरक्षण के नियम का उपयोग करते हुए, हेल्महोल्ट्ज़ ने विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम की अभिव्यक्ति प्राप्त की। उन्होंने धारा के साथ एक बंद सर्किट और इस धारा के प्रभाव में चलने वाले एक चुंबक पर विचार किया। समय की एक छोटी सी अवधि में, सिस्टम में निम्नलिखित परिवर्तन होते हैं। सबसे पहले, सर्किट में करंट I का समर्थन करने वाली बैटरी बराबर कार्य उत्पन्न करती है εldt, जहां ε बैटरी का इलेक्ट्रोमोटिव बल है। दूसरे, इस अवधि के दौरान सर्किट में बराबर मात्रा में ऊष्मा निकलती है मैं 2 आरडीटी, जहां R सर्किट प्रतिरोध है। और अंत में, चुंबक की सापेक्ष स्थिति और वर्तमान परिवर्तन के साथ सर्किट, जो, जैसा कि हेल्महोल्त्ज़ का मानना ​​था, चुंबक की "जीवित शक्ति" में परिवर्तन की ओर ले जाता है। इस "जीवित शक्ति" में परिवर्तन बराबर होना चाहिए आईडीवी, जहां V न्यूमैन द्वारा प्रस्तुत एक संभावित फ़ंक्शन है। "बल" के संरक्षण के नियम के अनुसार, समानता को संतुष्ट किया जाना चाहिए

यह इस प्रकार है कि -dV/dt के बराबर एक इलेक्ट्रोमोटिव प्रेरण बल सर्किट में उत्तेजित होता है। यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि V का मान सर्किट के माध्यम से चुंबकीय प्रेरण के प्रवाह के बराबर है, तो, जैसा कि हम देखते हैं, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण 10 का नियम प्राप्त हो गया है।

काम के अंत में, हेल्महोल्ट्ज़ जैविक प्रक्रियाओं के लिए "बल" के संरक्षण के सिद्धांत की प्रयोज्यता के सवाल पर ध्यान केंद्रित करते हैं और इसे सकारात्मक रूप से हल करते हैं। अंत में वह लिखते हैं:

"मुझे लगता है कि प्रस्तुत आंकड़े साबित करते हैं कि बताया गया कानून प्राकृतिक विज्ञान में ज्ञात किसी भी तथ्य का खंडन नहीं करता है और आश्चर्यजनक रूप से उनमें से बड़ी संख्या में पुष्टि की गई है... पूर्ण पुष्टि (कानून की - बी.एस.)... होनी चाहिए भौतिकी के निकट भविष्य के मुख्य कार्यों में से एक माना जाता है" 11

हेल्महोल्ट्ज़ के काम को बहुत अधिक सराहना मिली। हेल्महोल्ट्ज़ ने स्वयं अपने संस्मरणों में लिखा है:

“मैं विशेषज्ञों के बीच मिले प्रतिरोध से कुछ हद तक आश्चर्यचकित था; मुझे पोगेंडोर्फ के एनालेन में नौकरी देने से मना कर दिया गया और बर्लिन अकादमी के सदस्यों में केवल गणितज्ञ के.जी.आई. जैकोबी थे, जिन्होंने मेरा पक्ष लिया। 12

हालाँकि, मेयर, हेल्महोल्ट्ज़ और जूल के काम को शुरू में मिले ठंडे स्वागत के बावजूद, उनका सामान्य विचार अधिक से अधिक व्यापक हो गया और भौतिक अनुसंधान के अभ्यास में लागू किया गया। यह विचार कि एक नया, बहुत महत्वपूर्ण भौतिक नियम, और उससे भी अधिक, प्राकृतिक विज्ञान का एक सामान्य नियम खोजा गया है, धीरे-धीरे वैज्ञानिकों के दिमाग पर कब्ज़ा कर रहा है। मेयर, जूल और हेल्महोल्ट्ज़ के बुनियादी सिद्धांतों के विकास में अंग्रेजी वैज्ञानिकों डब्ल्यू थॉमसन, डब्ल्यू जे रैंकिन और जर्मन भौतिक विज्ञानी आर क्लॉसियस के कार्यों ने महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

सबसे पहले, ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज ने गर्मी को कार्य में परिवर्तित करने की प्रक्रियाओं के बाद के अध्ययनों में निर्णायक भूमिका निभाई, जिससे थर्मोडायनामिक्स की नींव का निर्माण हुआ। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम भौतिकी के अन्य क्षेत्रों में भी लागू होता है, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोडायनामिक्स में अनुसंधान में।

पहले से ही 1848 में, वी. थॉमसन ने, जूल के कार्य पर भरोसा करते हुए, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना के लिए ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम को लागू किया। उन्होंने दिखाया (स्वतंत्र रूप से हेल्महोल्ट्ज़ से) कि "विद्युत चुम्बकीय प्रेरण उत्पन्न करने वाली गति उत्पन्न करने में खर्च किया गया कुल कार्य वर्तमान द्वारा खोए गए यांत्रिक प्रभाव के बराबर होना चाहिए" 13।

बाद में, थॉमसन ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का उपयोग करते हुए, फिर से विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना की जांच की, और फिर स्व-प्रेरण की घटना की, यह स्थापित करते हुए कि वर्तमान के साथ एक कंडक्टर की ऊर्जा को सूत्र ली 2 12 2 द्वारा व्यक्त किया जा सकता है। , जहां एल एक मात्रा है जो केवल कंडक्टर की ज्यामिति पर निर्भर करती है (जिसे बाद में स्व-प्रेरण गुणांक कहा जाता है)। चुम्बकों और धाराओं की ऊर्जा के प्रश्न की जांच करते हुए, 1853 में थॉमसन ने इस ऊर्जा को आयतन पर लिए गए एक अभिन्न अंग के रूप में व्यक्त किया।

1852 में, क्लॉसियस ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम को विद्युत घटनाओं पर लागू किया। क्लॉसियस ने अपने काम में "इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज के यांत्रिक समकक्ष और इस प्रक्रिया के दौरान होने वाले कंडक्टरों के ताप पर" लिखा है:

"...जैसे यांत्रिक कार्य गर्मी के माध्यम से किया जा सकता है, विद्युत धारा आंशिक रूप से यांत्रिक क्रिया और आंशिक रूप से गर्मी उत्पन्न कर सकती है।" 14 .

उसी वर्ष, क्लॉसियस ने ऊर्जा के संरक्षण के नियम को प्रत्यक्ष धारा सर्किट में ऊर्जा प्रक्रियाओं पर लागू किया, और अगले वर्ष थर्मोइलेक्ट्रिक घटना पर लागू किया।

थॉमसन और क्लॉसियस के अलावा, रैंकिन ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून के विकास और अनुप्रयोग पर काम किया। वह पहले व्यक्ति थे जिन्होंने "ऊर्जा" शब्द का व्यापक रूप से उपयोग किया और ऊर्जा की अवधारणा को एक सामान्य परिभाषा देने का प्रयास किया। ऊर्जा से रैंकिन का अर्थ कार्य उत्पन्न करने की क्षमता से है। ऊर्जा की अवधारणा को परिभाषित करते हुए, उन्होंने 1855 में लिखा: "शब्द "ऊर्जा" का तात्पर्य किसी पदार्थ की किसी भी अवस्था से है जिसमें कार्य उत्पन्न करने की क्षमता शामिल है"; "ऊर्जा की मात्रा उस कार्य की मात्रा से मापी जाती है" 15 जिसे वह उत्पादित करने में सक्षम है। इससे पहले भी, 1853 में, रैंकिन ने ऊर्जा को "वास्तविक" और "संभावित" में विभाजित किया था। उन्होंने लिखा है:

"वास्तविक, या संवेदनशील, ऊर्जा एक मापने योग्य, हस्तांतरणीय और परिवर्तनीय स्थिति है जो किसी पदार्थ को अपनी स्थिति बदलने का कारण बनती है... जब ऐसा परिवर्तन होता है, तो वास्तविक ऊर्जा गायब हो जाती है और इसे संभावित, या अव्यक्त ऊर्जा द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जिसे मापा जाता है स्थिति में परिवर्तन का परिमाण, वह प्रतिरोध जिसके विरुद्ध यह परिवर्तन पूरा किया गया है" 16 .

"वास्तविक" ऊर्जा से रैंकिन में "जीवित शक्ति", ऊष्मा, दीप्तिमान ऊष्मा, प्रकाश, रासायनिक क्रिया और विद्युत धारा शामिल हैं, जो इसके विभिन्न रूप हैं; संभावित ऊर्जा के लिए - "गुरुत्वाकर्षण का यांत्रिक बल", लोच, रासायनिक संबंध, स्थैतिक बिजली और चुंबकत्व की ऊर्जा।

थॉमसन, जिन्होंने सबसे पहले रैंकिन द्वारा प्रस्तुत "वास्तविक ऊर्जा" शब्द का उपयोग किया था, बाद में इसे "गतिज ऊर्जा" से बदल दिया।

पहले से ही 50 के दशक में, ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम को प्रकृति के एक सामान्य नियम के रूप में मान्यता दी गई थी, जो सभी भौतिक घटनाओं को कवर करता था। अब इसके उद्घाटन की प्राथमिकता को लेकर बहस शुरू हो गई है. यह सब 1847-1849 में फ्रांसीसी पत्रिका "कॉम्पटेस रेंडस" के पन्नों पर मेयर और जूल के बीच एक छोटे से विवाद से शुरू हुआ। ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष की खोज में प्राथमिकता के बारे में। 1849 में, जर्मनी में एक काफी व्यापक समाचार पत्र ने विशेष रूप से मेयर के खिलाफ बात की, उन्हें एक शौकिया के रूप में चित्रित किया, और जनता को "श्री डॉ. मेयर की काल्पनिक खोज" के खिलाफ चेतावनी दी, यह इंगित करते हुए कि उनके तर्क की कथित असंगतता पहले से ही थी आधिकारिक वैज्ञानिक मंडलियों द्वारा सिद्ध। 1851 में, मेयर ने अपने लेख "गर्मी के यांत्रिक समकक्ष पर" में खोज के इतिहास को रेखांकित करते हुए लिखा:

“नए सिद्धांत ने जल्द ही वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित करना शुरू कर दिया। लेकिन जब से इसे जर्मनी और विदेशों में विशेष रूप से विदेशी खोज के रूप में माना जाने लगा, इसने मुझे अपने अधिकारों को प्राथमिकता के रूप में रखने के लिए प्रेरित किया। 17 .

1851 में, हेल्महोल्ट्ज़ ने पहली बार मेयर के काम का उल्लेख किया, और 1852 में उन्होंने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून की खोज में मेयर की प्राथमिकता की पुष्टि की।

हेल्महोल्ट्ज़ ने लिखा, "यांत्रिक बलों के काम की अविनाशीता और एक निश्चित मात्रा में यांत्रिक काम के साथ विभिन्न प्राकृतिक बलों की समानता के बारे में बयान," पहली बार मेयर द्वारा व्यक्त किया गया था।

“उन्होंने मेयर के कार्यों को अपनी रिपोर्ट के विषय के रूप में चुना और, अपने सामान्य आकर्षक रूप में, मेयर के कार्यों के सभी मुख्य निष्कर्ष प्रस्तुत किए। जब जनता, इस प्रश्न में गहरी रुचि रखते हुए, स्वाभाविक रूप से यह जानना चाहती थी कि इस सारे शोध का मालिक कौन है, तो टिंडेल ने उस व्यक्ति का नाम बताया, जिसने एक छोटे से जर्मन शहर में रहते हुए, बिना किसी वैज्ञानिक समर्थन या प्रोत्साहन के, अपनी प्रतिभा को विकसित करने के लिए अद्भुत ऊर्जा और दृढ़ता के साथ काम किया। विचार" 20 .

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी टैट ने "गुड वर्ड्स" पत्रिका में मेयर की प्राथमिकता को मान्यता देने का तीखा विरोध किया। टिंडेल ने आपत्ति जताते हुए मेयर की किसी भी खूबी को मानने से इनकार कर दिया। टैट और टाइन्डल के बीच विवाद पैदा हो गया। हेल्महोल्ट्ज़ और क्लॉसियस ने इसका उत्तर दिया। यदि हेल्महोल्ट्ज़ ने बहुत सावधानी से मेयर का बचाव किया, तो क्लॉसियस ने अपने एक लेख के संबंध में टैट पर तीखी आपत्ति जताई। उन्होंने लिखा कि यह लेख नुकसान ही पहुंचा सकता है

“आपकी इतनी ऊंची वैज्ञानिक प्रतिष्ठा है। कोई भी पाठक पहली नज़र में देख लेगा कि यह मुद्दे की निष्पक्ष, ऐतिहासिक प्रस्तुति नहीं है, जिसकी आपके रैंक के वैज्ञानिक से अपेक्षा की जानी चाहिए, बल्कि पक्षपात से भरा एक लेख है, जो केवल कुछ व्यक्तियों के महिमामंडन के लिए लिखा गया है। 21 .

इसके बाद, टेट ने मेयर की प्राथमिकता का विरोध करना जारी रखा। 1876 ​​में उन्होंने लिखा:

"...समय आ गया है कि मेयर... को उसके उचित स्थान पर रखा जाए... ऊर्जा संरक्षण का नियम अपने सामान्य रूप में कोपेनहेगन में कोल्डिंग और मैनचेस्टर में जूल द्वारा निर्विवाद रूप से बनाया और प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया गया था।" 22 .

जर्मनी में, हालाँकि क्लॉसियस और कुछ हद तक हेल्महोल्ट्ज़ मेयर के पक्ष में थे, फिर भी मेयर पर हमले होते रहे, जो कभी-कभी गपशप का रूप ले लेते थे। 1858 में उनकी कथित मृत्यु के बारे में अफवाहें फैल गईं। पोग्गेंडॉर्फ ने अपने बड़े जीवनी शब्दकोश (1863) में, मेयर के बारे में एक मामूली लेख के समापन पर लिखा: "... ऐसा लगता है कि 1858 के आसपास एक मानसिक अस्पताल में उनकी मृत्यु हो गई।" सच है, पुस्तक के अंत में उन्होंने मेयर के बारे में एक अतिरिक्त "प्रमाणपत्र" रखा: "मृत नहीं..., लेकिन अभी भी जीवित हैं" 23।

अंत में, मेयर की प्राथमिकता का बचाव 24 वर्षीय ई. डुह्रिंग ने किया, जिन्होंने एक साथ ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून की खोज में जूल और हेल्महोल्ट्ज़ की भूमिका को कम कर दिया, जिससे मेयर की प्राथमिकता को मजबूत करने में भी मदद नहीं मिली।

मेयर की प्राथमिकता के आसपास का संघर्ष ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम के सार को समझने के संघर्ष से जुड़ा था। मेयर ने अपने कई समकालीनों और विशेष रूप से टैट जैसे वैज्ञानिकों की तुलना में इस कानून की समझ को व्यापक दार्शनिक दृष्टिकोण से देखा, जो ज्ञान के एक संकीर्ण अनुभवजन्य दृष्टिकोण का पालन करते थे। मेयर निस्संदेह विज्ञान में एक क्रांतिकारी थे; कई मुद्दों पर उन्होंने स्वतःस्फूर्त द्वंद्वात्मक रुख अपनाया, जो उनके कई समकालीनों के लिए समझ से बाहर था, जो आध्यात्मिक विश्वदृष्टि से दूर नहीं जा सकते थे।

एंगेल्स मेयर की खूबियों की सही सराहना करने वाले पहले व्यक्ति थे। हेल्महोल्ट्ज़ को श्रद्धांजलि देते हुए, एंगेल्स ने फिर भी बताया:

"...पहले से ही 1842 में, मेयर ने "बल की अविनाशीता" पर जोर दिया था, और 1845 में, अपने नए दृष्टिकोण के आधार पर, वह हेल्महोल्ट्ज़ की तुलना में "प्रकृति की विभिन्न प्रक्रियाओं के बीच संबंधों" के बारे में अधिक शानदार बातें बताने में सक्षम थे। 1847 में।" 25 .

अन्यत्र एंगेल्स ने कहा:

“...गति की मात्रात्मक स्थिरता पहले से ही डेसकार्टेस द्वारा व्यक्त की गई थी और लगभग उसी अभिव्यक्ति में (क्लॉसियस, रॉबर्ट मेयर?)। लेकिन आंदोलन के रूप में परिवर्तन की खोज केवल 1842 में की गई थी, और यह, न कि मात्रात्मक स्थिरता का नियम, नया है। 26 .

यह मेयर ही थे जिन्होंने सबसे पहले ऊर्जा के विभिन्न रूपों के एक-दूसरे में गुणात्मक परिवर्तनों के अस्तित्व पर जोर दिया था, और केवल इसकी मात्रात्मक स्थिरता पर जोर नहीं दिया था। सामान्य विश्वदृष्टि के दृष्टिकोण से, ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के स्थापित कानून में यह सबसे महत्वपूर्ण था, और यही वह परिस्थिति थी जो उस समय के कई वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित नहीं कर पाई, जिन्होंने इसे आसानी से लाने की कोशिश की। सामान्य यांत्रिक विश्वदृष्टि के तहत नया कानून, इसकी व्याख्या, हेल्महोल्त्ज़ की तरह, जीवित शक्तियों के संरक्षण के कानून की अभिव्यक्ति के रूप में।

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की स्थापना भौतिक विज्ञान और सामान्य रूप से विज्ञान के विकास में एक क्रांतिकारी कदम था। इस कानून ने सभी भौतिक घटनाओं को एक साथ जोड़ दिया, जिससे भौतिकी के अलग-अलग क्षेत्रों के बीच आध्यात्मिक बाधाओं को खत्म कर दिया गया, जो "भारहीन" के सिद्धांत द्वारा सुरक्षित था, जो अब समाप्त हो गया है। अंततः "भारहीन" पदार्थ को भौतिकी से निष्कासित कर दिया गया। एंगेल्स ने लिखा:

"...भौतिक शक्तियाँ - ये, इसलिए बोलने के लिए, भौतिकी के अपरिवर्तनीय "प्रकार" - पदार्थ की गति के रूपों में बदल गई हैं जो विभिन्न तरीकों से विभेदित हैं और कुछ कानूनों के अनुसार एक दूसरे में बदल जाती हैं। इतनी संख्या में भौतिक शक्तियों की उपस्थिति की यादृच्छिकता विज्ञान से समाप्त हो गई, क्योंकि उनका पारस्परिक संबंध और एक-दूसरे में संक्रमण सिद्ध हो गया था।'' 27 .

एंगेल्स ने दुनिया के सही द्वंद्वात्मक-भौतिकवादी दृष्टिकोण के लिए ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून की स्थापना को बहुत महत्व दिया, इसे कोशिका की खोज और डार्विन के सिद्धांत के बराबर रखा:

उन्होंने लिखा, "इन तीन महान खोजों और प्राकृतिक विज्ञान की अन्य बड़ी सफलताओं के लिए धन्यवाद।" - अब हम, सामान्य तौर पर, न केवल प्रकृति की प्रक्रियाओं के बीच उसके अलग-अलग क्षेत्रों में मौजूद संबंध की खोज कर सकते हैं, बल्कि उस संबंध की भी खोज कर सकते हैं जो इन व्यक्तिगत क्षेत्रों के बीच मौजूद है। इस प्रकार, अनुभवजन्य प्राकृतिक विज्ञान द्वारा प्रदान किए गए तथ्यों की मदद से, एक सुसंगत संपूर्ण ड्राइव की एक सामान्य तस्वीर देना काफी व्यवस्थित रूप में संभव है। 28 .

1 मेयर आर. ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम। एम. - एल., जीटीटीआई, 1933, पी. 62.
2 मेयर आर. ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम, पी. 68-69.
3 उक्त., पृ. 85-86.
4 मेयर आर. ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम, पी. 130.
5 गौले जी. वैज्ञानिक कागजात। वॉल्यूम. 1, लंदन, 1884, पृ. 120.
6 जूल जे. वैज्ञानिक कागजात वॉल्यूम। 1, पृ. 146.
7 पूर्वोक्त, पृ. 270-271.
8 हेल्महोल्ट्ज़ जी. शक्ति के संरक्षण पर। एम., जीटीटीआई, 1922, पृ. 69-70.
9 He1mho11z N. विसेनशाफ्टिचे अबंदलुंगेन। वी. आई. लीपज़िग, 1882. एस.एस. 26-27.
10 हेल्महोल्ट्ज़ के इस निष्कर्ष को सही नहीं माना जा सकता। मैक्सवेल ने इस ओर ध्यान आकर्षित किया (देखें: मैक्सवेल जे.के. विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के सिद्धांत पर चयनित कार्य। एम., गोस्टेखिज़दत, 1952, पीपी. 403-405)।
11 हेल्महोल्ट्ज़ जी. बल के संरक्षण पर। एम. - एल., जीटीटीआई, 1934, पृष्ठ 115।
12 उपरोक्त, पृ. 124.
13 थॉमसन डब्ल्यू. गणितीय और भौतिक पेपर। वॉल्यूम. 1, कैम्ब्रिज, 1882। पी। 91.
14 क्लॉसियस आर. एन. भौतिक. बी. 86, 1852, एस. 337.
15 रैंकिन डब्ल्यू. विविध वैज्ञानिक पेपर। लंदन, 1881, पृ. 217.
16 वही.
17 मेयर पी. ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम, पृ. 279.
18 हे1म्हो11ज़ एन. फोर्ट्सक्रिटे डेर फिजिक, वी. गहरगांग, 1853, एस. 241.
19 क्लॉसियस 1862 तक मेयर के बारे में कम राय रखते थे। टिंडेल का पत्र, जिसमें उन्होंने मानेर के लेखन के बारे में सूचित करने के लिए कहा, क्लॉसियस को मेयर के कार्यों का विस्तार से अध्ययन करने के लिए मजबूर किया, जिसके परिणामस्वरूप उन्होंने अपनी राय तेजी से बदल दी। उन्होंने टिंडेल को मेयर द्वारा लिखित रचनाएँ भेजकर इस बारे में सूचित किया।
20 रोसेनबर्गर एफ. भौतिकी का इतिहास, भाग III, अंक। द्वितीय. एम.-जी., ओएनटीआई, 1936, पृ. 55-56.
21 पूर्वोक्त, पृ. 57.
22 उपरोक्त, पृ. 54.
23 वही.
24 ई. रॉबर्ट मेयर के दौरान, डेर गैलिली डेस 19. जहरहंडरेट्स, केमनिट्ज़,। 1880.
25 मार्क्स के., एंगेल्स एफ. सोच। ईडी। दूसरा. टी. 20, पी. 400.
26 पूर्वोक्त, पृ. 5
27 मार्क्स के., एंगेल्स एफ. सोच। ईडी। 2-ई, टी. 20, पी. 353.
28 मार्क्स के., एंगेल्स एफ. सोच। ईडी। दूसरा. टी 21, पृ. 304.

परिचय

1. ऊर्जा संरक्षण के नियम का मौलिक अर्थ

2. ऊर्जा के संरक्षण एवं परिवर्तन के नियम की खोज का इतिहास

निष्कर्ष

ग्रन्थसूची

परिचय

हमारे कार्य की प्रासंगिकता ऊर्जा के संरक्षण के नियम की विशेषताओं पर विचार करने में निहित है, जो समय की एकरूपता का परिणाम है और इस अर्थ में सार्वभौमिक है, अर्थात बहुत भिन्न भौतिक प्रकृति की प्रणालियों में निहित है।

कार्य का उद्देश्य ऊर्जा संरक्षण के नियम के मूलभूत सिद्धांतों का अध्ययन करना है।

लक्ष्य प्राप्त करने में कई कार्यों को हल करना शामिल है:

1) ऊर्जा संरक्षण के नियम के मूल अर्थ पर विचार करें;

2) ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज के इतिहास का अध्ययन करें।

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम के खोजकर्ताओं ने इसकी स्थापना के लिए अलग-अलग रास्ते अपनाए। मेयर ने चिकित्सा अवलोकन से शुरुआत करते हुए तुरंत इसे एक गहरा, व्यापक कानून माना और अंतरिक्ष से जीवित जीव तक ऊर्जा परिवर्तनों की एक श्रृंखला का खुलासा किया। जूल ने लगातार और लगातार गर्मी और यांत्रिक कार्यों के बीच मात्रात्मक संबंध को मापा। हेल्महोल्ट्ज़ ने कानून को 18वीं शताब्दी के महान यांत्रिकी के अनुसंधान से जोड़ा।

1. ऊर्जा संरक्षण के नियम का मौलिक अर्थ

ऊर्जा संरक्षण का नियम "प्रकृति का एक मौलिक नियम है, जो अनुभवजन्य रूप से स्थापित है, जो बताता है कि एक पृथक (बंद) भौतिक प्रणाली की ऊर्जा समय के साथ संरक्षित होती है।" दूसरे शब्दों में, ऊर्जा शून्य से उत्पन्न नहीं हो सकती और शून्य में विलीन नहीं हो सकती, यह केवल एक रूप से दूसरे रूप में जा सकती है।

मौलिक दृष्टिकोण से, नोएथर के प्रमेय के अनुसार, ऊर्जा संरक्षण का नियम समय की एकरूपता का परिणाम है और इस अर्थ में सार्वभौमिक है, अर्थात बहुत भिन्न भौतिक प्रकृति की प्रणालियों में अंतर्निहित है। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक विशिष्ट बंद प्रणाली के लिए, उसकी प्रकृति की परवाह किए बिना, ऊर्जा नामक एक निश्चित मात्रा निर्धारित करना संभव है, जिसे समय के साथ संरक्षित किया जाएगा। इसके अलावा, प्रत्येक विशिष्ट प्रणाली में इस संरक्षण कानून की पूर्ति इस प्रणाली की गतिशीलता के विशिष्ट कानूनों के अधीनता द्वारा उचित है, जो आम तौर पर विभिन्न प्रणालियों के लिए भिन्न होती है।

हालाँकि, भौतिकी की विभिन्न शाखाओं में, ऐतिहासिक कारणों से, ऊर्जा संरक्षण का नियम अलग-अलग तरीके से तैयार किया गया है, और इसलिए विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के संरक्षण की बात की जाती है। उदाहरण के लिए, ऊष्मागतिकी में ऊर्जा संरक्षण के नियम को ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के रूप में व्यक्त किया जाता है।

चूँकि ऊर्जा संरक्षण का नियम विशिष्ट मात्राओं और घटनाओं पर लागू नहीं होता है, बल्कि एक सामान्य पैटर्न को दर्शाता है जो हर जगह और हमेशा लागू होता है, इसलिए इसे कानून नहीं बल्कि ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत कहना अधिक सही है।

गणितीय दृष्टिकोण से, ऊर्जा के संरक्षण का नियम इस कथन के समतुल्य है कि किसी दिए गए भौतिक प्रणाली की गतिशीलता का वर्णन करने वाले अंतर समीकरणों की एक प्रणाली में समय के संबंध में समीकरणों की समरूपता से जुड़ी गति का पहला अभिन्न अंग होता है। बदलाव।

नोएथर के प्रमेय के अनुसार, प्रत्येक संरक्षण कानून प्रणाली का वर्णन करने वाले समीकरणों की एक निश्चित समरूपता से जुड़ा है। विशेष रूप से, ऊर्जा के संरक्षण का नियम समय की एकरूपता के बराबर है, अर्थात, जिस समय प्रणाली पर विचार किया जाता है, उस समय से प्रणाली का वर्णन करने वाले सभी कानूनों की स्वतंत्रता।

इस कथन का निष्कर्ष, उदाहरण के लिए, लैग्रेंजियन औपचारिकता के आधार पर निकाला जा सकता है। यदि समय सजातीय है, तो सिस्टम का वर्णन करने वाला लैग्रेंज फ़ंक्शन स्पष्ट रूप से समय पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए समय के संबंध में इसके कुल व्युत्पन्न का रूप है:

यहां लैग्रेंज फ़ंक्शन, सामान्यीकृत निर्देशांक और समय के संबंध में क्रमशः उनका पहला और दूसरा व्युत्पन्न है। लैग्रेंज के समीकरणों का उपयोग करते हुए, हम व्युत्पन्नों को अभिव्यक्ति से प्रतिस्थापित करते हैं:

आइए फॉर्म में अंतिम अभिव्यक्ति को फिर से लिखें

कोष्ठक में दी गई मात्रा, परिभाषा के अनुसार, सिस्टम की ऊर्जा कहलाती है और, चूंकि समय के संबंध में इसका कुल व्युत्पन्न शून्य के बराबर है, यह गति का एक अभिन्न अंग है (अर्थात, यह संरक्षित है)।

2. ऊर्जा के संरक्षण एवं परिवर्तन के नियम की खोज का इतिहास

संरक्षण परिवर्तन ऊर्जा का नियम

1841 में, रूसी वैज्ञानिक लेन्ज़ और अंग्रेज जूल ने, लगभग एक साथ और एक-दूसरे से स्वतंत्र होकर, प्रयोगात्मक रूप से साबित किया कि यांत्रिक कार्य के माध्यम से गर्मी पैदा की जा सकती है। जूल ने ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को परिभाषित किया। इन और अन्य अध्ययनों ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज को तैयार किया। 1842-1845 में जर्मन वैज्ञानिक आर. मेयर ने यांत्रिक गति, बिजली, चुंबकत्व, रसायन विज्ञान और यहां तक ​​कि मानव शरीर विज्ञान पर प्राकृतिक विज्ञान डेटा के सामान्यीकरण के आधार पर यह कानून तैयार किया। उसी समय, इंग्लैंड (ग्रोव) और डेनमार्क (कोल्डिंग) में भी इसी तरह के विचार व्यक्त किए गए थे। कुछ समय बाद यह कानून हेल्महोल्त्ज़ (जर्मनी) द्वारा विकसित किया गया।

पदार्थ के सबसे छोटे "असंवेदनशील" कणों की गति के रूप में गर्मी पर विचार 17वीं शताब्दी में व्यक्त किए गए थे। एफ. बेकन, डेसकार्टेस, न्यूटन, हुक और कई अन्य लोग इस विचार पर पहुंचे कि गर्मी पदार्थ के कणों की गति से जुड़ी है। लेकिन लोमोनोसोव ने इस विचार को पूरी पूर्णता और निश्चितता के साथ विकसित और बचाव किया। हालाँकि, वह अकेले थे; उनके समकालीन कैलोरी अवधारणा के पक्ष में आ गए, और, जैसा कि हमने देखा है, इस अवधारणा को 19 वीं शताब्दी के कई उत्कृष्ट वैज्ञानिकों द्वारा साझा किया गया था।

प्रयोगात्मक थर्मोफिजिक्स की सफलताएं, और सबसे बढ़कर कैलोरीमेट्री, कैलोरी के पक्ष में गवाही देती प्रतीत होती हैं। लेकिन वही XIX सदी। गर्मी और यांत्रिक गति के बीच संबंध का दृश्य प्रमाण लाया। निःसंदेह, यह तथ्य कि घर्षण से ऊष्मा उत्पन्न होती है, प्राचीन काल से ही ज्ञात है। गर्मी के समर्थकों ने इस घटना में घर्षण द्वारा पिंडों के विद्युतीकरण के समान कुछ देखा - घर्षण शरीर से कैलोरी को निचोड़ने में योगदान देता है। हालाँकि, 1798 में, बेंजामिन थॉम्पसन (1753?1814), जो 1790 में काउंट रमफोर्ड बने, ने म्यूनिख सैन्य कार्यशालाओं में एक महत्वपूर्ण अवलोकन किया: जब एक तोप बैरल में एक चैनल ड्रिल किया जाता है, तो बड़ी मात्रा में गर्मी निकलती है। इस घटना की सटीक जांच करने के लिए, रमफोर्ड ने बंदूक धातु से बने सिलेंडर में एक चैनल ड्रिल करने का प्रयोग किया। ड्रिल की गई नहर में एक कुंद ड्रिल रखी गई, नहर की दीवारों के खिलाफ कसकर दबाया गया और रोटेशन में सेट किया गया। सिलेंडर में डाले गए थर्मामीटर से पता चला कि ऑपरेशन के 30 मिनट के भीतर तापमान 70 डिग्री फ़ारेनहाइट बढ़ गया था। रमफ़ोर्ड ने सिलेंडर और ड्रिल को पानी के एक बर्तन में डुबो कर प्रयोग दोहराया। ड्रिलिंग प्रक्रिया के दौरान, पानी गर्म हो गया और 2.5 घंटे के बाद उबल गया। रमफोर्ड ने इस प्रयोग को इस बात का प्रमाण माना कि ऊष्मा गति का एक रूप है।

डेवी ने घर्षण द्वारा ऊष्मा प्राप्त करने के अपने प्रयोगों को दोहराया। उसने दो टुकड़ों को आपस में रगड़कर बर्फ पिघला दी। डेवी इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि कैलोरी परिकल्पना को त्याग दिया जाना चाहिए और ऊष्मा को पदार्थ के कणों की दोलन गति के रूप में माना जाना चाहिए।

मेयर के अनुसार, दुनिया में सभी आंदोलन और परिवर्तन "मतभेदों" से उत्पन्न होते हैं जो इन मतभेदों को नष्ट करने की कोशिश करने वाली ताकतों को जन्म देते हैं। लेकिन आंदोलन रुकता नहीं है, क्योंकि ताकतें अविनाशी हैं और मतभेदों को बहाल करती हैं। "इस प्रकार, वह सिद्धांत जिसके अनुसार एक बार दी गई ताकतें मात्रात्मक रूप से अपरिवर्तित होती हैं, पदार्थों की तरह, तार्किक रूप से हमें मतभेदों और इसलिए भौतिक दुनिया के निरंतर अस्तित्व को सुनिश्चित करती है।" मेयर द्वारा प्रस्तावित यह सूत्रीकरण आलोचना के लिए आसानी से खुला है। "अंतर" की अवधारणा को सटीक रूप से परिभाषित नहीं किया गया है; यह स्पष्ट नहीं है कि "बल" शब्द का क्या अर्थ है। यह कानून का पूर्वाभास है, कानून का नहीं। लेकिन आगे की प्रस्तुति से यह स्पष्ट है कि बल द्वारा वह गति का कारण समझता है, जिसे द्रव्यमान और गति के उत्पाद द्वारा मापा जाता है। "गति, ऊष्मा और बिजली ऐसी घटनाएँ हैं जिन्हें एक बल में घटाया जा सकता है, जिन्हें एक दूसरे द्वारा मापा जाता है और कुछ कानूनों के अनुसार एक दूसरे में बदल दिया जाता है।" यह बल के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का एक बहुत ही निश्चित और स्पष्ट सूत्रीकरण है, अर्थात। ऊर्जा।

यांत्रिकी के विचारों को शरीर विज्ञान में लागू करने की शुरुआत करते हुए, मेयर ने बल की अवधारणा को स्पष्ट करना शुरू किया। और यहां वह फिर से इस विचार को दोहराता है कि गति शून्य से उत्पन्न नहीं हो सकती, गति का कारण बल है, और गति का कारण एक अविनाशी वस्तु है। यह सूत्रीकरण आश्चर्यजनक रूप से लोमोनोसोव के "सार्वभौमिक कानून" के सूत्रीकरण की याद दिलाता है, जिसे उन्होंने "आंदोलन के नियमों तक" बढ़ाया था। ध्यान दें कि लोमोनोसोव और मेयर द्वारा संरक्षण के सार्वभौमिक कानून को "प्रकृति के सर्वोच्च कानून" के रूप में प्रचारित करना आधुनिक विज्ञान द्वारा स्वीकार किया जाता है, जो वैज्ञानिक अनुसंधान के मुख्य स्तंभ के रूप में संरक्षण के कई विशिष्ट कानूनों को तैयार करता है। मेयर ने गैस की ताप क्षमता में अंतर से ऊष्मा के यांत्रिक समतुल्य की विस्तार से गणना की (यह गणना अक्सर स्कूल भौतिकी की पाठ्यपुस्तकों में दोहराई जाती है) और इसे डेलारोचे और बेरार्ड के साथ-साथ डुलोंग के माप के आधार पर पाते हैं, जिन्होंने अनुपात निर्धारित किया था हवा के लिए ताप क्षमता 367 kgf-m/kcal होनी चाहिए।

मेयर ने अपने विचारों का विकास 1848 तक पूरा कर लिया, जब ब्रोशर "डायनेमिक्स ऑफ द स्काई इन ए पॉपुलर प्रेजेंटेशन" में उन्होंने सौर ऊर्जा के स्रोत के बारे में सबसे महत्वपूर्ण समस्या को हल करने का प्रयास किया। मेयर को एहसास हुआ कि रासायनिक ऊर्जा सूर्य के विशाल ऊर्जा व्यय की भरपाई के लिए पर्याप्त नहीं थी। लेकिन उनके समय में अन्य ऊर्जा स्रोतों में से केवल यांत्रिक ऊर्जा ही ज्ञात थी। और मेयर ने निष्कर्ष निकाला कि सूर्य की गर्मी की भरपाई आसपास के अंतरिक्ष से लगातार हर तरफ से गिरने वाले उल्कापिंडों की बमबारी से होती है। वह स्वीकार करते हैं कि खोज दुर्घटनावश हुई थी (जावा में एक अवलोकन), लेकिन "यह अभी भी मेरी संपत्ति है, और मैं प्राथमिकता के अपने अधिकार की रक्षा करने में संकोच नहीं करता।" मेयर आगे बताते हैं कि ऊर्जा के संरक्षण का नियम, "साथ ही इसकी संख्यात्मक अभिव्यक्ति, गर्मी के यांत्रिक समकक्ष, जर्मनी और इंग्लैंड में लगभग एक साथ प्रकाशित हुए थे।" वह जूल के शोध की ओर इशारा करते हैं और स्वीकार करते हैं कि जूल ने "बिना शर्त स्वतंत्र रूप से ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज की" और "इस कानून की आगे की पुष्टि और विकास में उनकी कई महत्वपूर्ण उपलब्धियाँ हैं।" लेकिन मेयर प्राथमिकता के अपने अधिकार को छोड़ने के इच्छुक नहीं हैं और बताते हैं कि उनके कार्यों से ही यह स्पष्ट है कि वह प्रभाव का पीछा नहीं कर रहे हैं। हालाँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि आप अपनी संपत्ति के अधिकार छोड़ दें।

जूल से बहुत पहले, अनुसंधान सेंट पीटर्सबर्ग के शिक्षाविद् ई.के.एच. द्वारा शुरू किया गया था। लेन्ज़, जिन्होंने 1843 में "गैल्वेनिक करंट द्वारा ताप उत्पादन के नियमों पर" शीर्षक के तहत अपना काम प्रकाशित किया था। लेन्ज़ ने जूल के काम का उल्लेख किया है, जिसका प्रकाशन लेन्ज़ के प्रकाशन से पहले हुआ था, लेकिन उनका मानना ​​है कि यद्यपि उनके परिणाम "अनिवार्य रूप से जूल के साथ समझौते में हैं," वे जूल के काम द्वारा उठाए गए वैध आपत्तियों से मुक्त हैं।

लेन्ज़ ने सावधानीपूर्वक सोचा और प्रयोगात्मक पद्धति विकसित की, स्पर्शरेखा गैल्वेनोमीटर का परीक्षण और जांच की, जो उनके लिए वर्तमान मीटर के रूप में कार्य करता था, उनके द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रतिरोध की इकाई निर्धारित की (याद रखें कि ओम का नियम इस समय तक सामान्य उपयोग में नहीं आया था), साथ ही वर्तमान और इलेक्ट्रोमोटिव बल की इकाइयों को वर्तमान और प्रतिरोध इकाइयों के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है। लेन्ज़ ने प्रतिरोधों के व्यवहार का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया, विशेष रूप से, उन्होंने ठोस से तरल में संक्रमण के दौरान तथाकथित "संक्रमण प्रतिरोध" के अस्तित्व की जांच की। यह अवधारणा कुछ भौतिकविदों द्वारा उस युग में पेश की गई थी जब ओम का नियम अभी तक आम तौर पर स्वीकार नहीं किया गया था। फिर वह मुख्य प्रयोग की ओर बढ़े, जिसके परिणाम उन्होंने निम्नलिखित दो प्रावधानों में तैयार किए: गैल्वेनिक करंट द्वारा तार को गर्म करना तार के प्रतिरोध के समानुपाती होता है; गैल्वेनिक धारा द्वारा तार को गर्म करना, गर्म करने के लिए प्रयुक्त धारा के वर्ग के समानुपाती होता है। लेनज़ के प्रयोगों की सटीकता और संपूर्णता ने कानून की मान्यता सुनिश्चित की, जो जूल-लेनज़ कानून के नाम से विज्ञान में प्रवेश किया।

जूल ने विद्युत प्रवाह द्वारा गर्मी की रिहाई पर अपने प्रयोगों को गर्मी और काम के बीच संबंधों पर आगे के शोध के लिए शुरुआती बिंदु बनाया। अपने पहले प्रयोगों में ही, उन्होंने यह अनुमान लगाना शुरू कर दिया कि गैल्वेनिक बैटरी के ध्रुवों को जोड़ने वाले तार में उत्पन्न गर्मी बैटरी में रासायनिक परिवर्तनों से उत्पन्न होती है, यानी, उन्होंने कानून का ऊर्जावान अर्थ देखना शुरू कर दिया। "जूल ऊष्मा" (जैसा कि अब विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न ऊष्मा कहा जाता है) की उत्पत्ति के प्रश्न को और स्पष्ट करने के लिए, उन्होंने प्रेरित धारा द्वारा जारी ऊष्मा का अध्ययन करना शुरू किया। अगस्त 1843 में ब्रिटिश एसोसिएशन की एक बैठक में प्रस्तुत अपने पेपर "ऑन द थर्मल इफेक्ट ऑफ मैग्नेटोइलेक्ट्रिसिटी एंड द मैकेनिकल इफेक्ट ऑफ हीट" में, जूल ने निष्कर्ष निकाला कि मैग्नेटोइलेक्ट्रिसिटी (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन) का उपयोग करके यांत्रिक कार्य द्वारा गर्मी पैदा की जा सकती है, और यह गर्मी बल प्रेरण धारा के वर्ग के समानुपाती होता है।

जूल ने एक इंडक्शन मशीन के इलेक्ट्रोमैग्नेट को गिरते हुए वजन की मदद से घुमाकर, गिरते वजन के काम और सर्किट में उत्पन्न गर्मी के बीच संबंध निर्धारित किया। उन्होंने अपने माप से एक औसत परिणाम के रूप में पाया कि "गर्मी की मात्रा जो एक पाउंड पानी को एक डिग्री फ़ारेनहाइट बढ़ाने में सक्षम है, उसे एक यांत्रिक बल में परिवर्तित किया जा सकता है जो 838 पाउंड पानी को एक फुट की ऊर्ध्वाधर ऊंचाई तक उठाने में सक्षम है।" यूनिट पाउंड और फुट को किलोग्राम और मीटर में और डिग्री फ़ारेनहाइट को डिग्री सेल्सियस में परिवर्तित करने पर, हम पाते हैं कि जूल द्वारा गणना की गई गर्मी का यांत्रिक समकक्ष 460 kgf-m/kcal के बराबर है। यह निष्कर्ष जूल को एक और अधिक सामान्य निष्कर्ष पर ले जाता है, जिसे वह आगे के प्रयोगों में परीक्षण करने का वादा करता है: "प्रकृति की शक्तिशाली शक्तियां... अविनाशी हैं, और... सभी मामलों में जहां यांत्रिक बल खर्च किया जाता है, बिल्कुल बराबर मात्रा में ऊष्मा प्राप्त होती है।” उनका तर्क है कि जानवरों की गर्मी शरीर में रासायनिक परिवर्तनों के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है और रासायनिक परिवर्तन स्वयं "परमाणुओं के गिरने" से उत्पन्न होने वाली रासायनिक शक्तियों की क्रिया का परिणाम होते हैं। इस प्रकार, 1843 के काम में, जूल आता है। वही निष्कर्ष जिन पर मेयर पहले पहुँचे थे।

जूल ने 60 और 70 के दशक में अपने प्रयोग जारी रखे। 1870 में, वह ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को निर्धारित करने वाले आयोग के सदस्य बने। इस आयोग में वी. थॉमसन, मैक्सवेल और अन्य वैज्ञानिक शामिल थे। लेकिन जूल ने खुद को एक प्रयोगकर्ता के काम तक ही सीमित नहीं रखा। उन्होंने निर्णायक रूप से ऊष्मा के गतिज सिद्धांत का दृष्टिकोण अपनाया और गैसों के गतिज सिद्धांत के संस्थापकों में से एक बन गए। जूल के इस कार्य पर बाद में चर्चा की जायेगी। अपने पूर्ववर्तियों के विपरीत, हेल्महोल्ट्ज़ कानून को एक सतत गति मशीन (पेरपेटुम मोबाइल) की असंभवता के सिद्धांत से जोड़ता है। इस सिद्धांत को 17वीं शताब्दी के वैज्ञानिक लियोनार्डो दा विंची ने स्वीकार किया था। (याद रखें कि स्टीवन ने झुके हुए तल के नियम को सतत गति की असंभवता पर आधारित किया था), और अंततः, 18वीं शताब्दी में। पेरिस एकेडमी ऑफ साइंसेज ने सतत गति परियोजनाओं पर विचार करने से इनकार कर दिया। हेल्महोल्ट्ज़ सतत गति की असंभवता के सिद्धांत को इस सिद्धांत के समान मानते हैं कि "प्रकृति में सभी क्रियाओं को आकर्षक या प्रतिकारक शक्तियों में घटाया जा सकता है।" हेल्महोल्ट्ज़ पदार्थ को निष्क्रिय और गतिहीन मानते हैं। दुनिया में हो रहे परिवर्तनों का वर्णन करने के लिए, इसे आकर्षक और प्रतिकारक दोनों शक्तियों से संपन्न होना चाहिए। हेल्महोल्ट्ज़ लिखते हैं, "प्रकृति की घटनाओं को निरंतर प्रेरक शक्तियों के साथ पदार्थ की गतिविधियों तक सीमित किया जाना चाहिए जो केवल स्थानिक संबंधों पर निर्भर करती हैं।" ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम के खोजकर्ताओं ने इसकी स्थापना के लिए अलग-अलग रास्ते अपनाए। मेयर ने चिकित्सा अवलोकन से शुरुआत करते हुए तुरंत इसे एक गहरा, व्यापक कानून माना और अंतरिक्ष से जीवित जीव तक ऊर्जा परिवर्तनों की एक श्रृंखला का खुलासा किया। जूल ने लगातार और लगातार गर्मी और यांत्रिक कार्यों के बीच मात्रात्मक संबंध को मापा। हेल्महोल्ट्ज़ ने कानून को 18वीं शताब्दी के महान यांत्रिकी के अनुसंधान से जोड़ा। अलग-अलग रास्ते अपनाते हुए, उन्होंने, कई अन्य समकालीनों के साथ, गिल्ड वैज्ञानिकों के विरोध के बावजूद कानून की मंजूरी और मान्यता के लिए लगातार संघर्ष किया। संघर्ष आसान नहीं था और कभी-कभी दुखद भी हुआ, लेकिन इसका अंत पूर्ण विजय के साथ हुआ। विज्ञान को ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का महान नियम प्राप्त हुआ है।

निष्कर्ष

ऊर्जा संरक्षण का नियम अनुभवजन्य रूप से स्थापित प्रकृति का एक मौलिक नियम है, जो बताता है कि एक पृथक (बंद) भौतिक प्रणाली की ऊर्जा समय के साथ संरक्षित होती है। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा शून्य से उत्पन्न नहीं हो सकती और शून्य में विलीन नहीं हो सकती, यह केवल एक रूप से दूसरे रूप में जा सकती है।

हालाँकि, भौतिकी की विभिन्न शाखाओं में, ऐतिहासिक कारणों से, ऊर्जा संरक्षण का नियम अलग-अलग तरीके से तैयार किया गया है, और इसलिए विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के संरक्षण की बात की जाती है। उदाहरण के लिए, ऊष्मागतिकी में ऊर्जा संरक्षण के नियम को ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के रूप में व्यक्त किया जाता है। चूँकि ऊर्जा संरक्षण का नियम विशिष्ट मात्राओं और घटनाओं पर लागू नहीं होता है, बल्कि एक सामान्य पैटर्न को दर्शाता है जो हर जगह और हमेशा लागू होता है, इसलिए इसे कानून नहीं बल्कि ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत कहना अधिक सही है।

1841 में, रूसी वैज्ञानिक लेन्ज़ और अंग्रेज जूल ने, लगभग एक साथ और एक-दूसरे से स्वतंत्र होकर, प्रयोगात्मक रूप से साबित किया कि यांत्रिक कार्य के माध्यम से गर्मी पैदा की जा सकती है। जूल ने ऊष्मा के यांत्रिक समकक्ष को परिभाषित किया। इन और अन्य अध्ययनों ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज को तैयार किया। 1842-1845 में जर्मन वैज्ञानिक आर. मेयर ने यांत्रिक गति, बिजली, चुंबकत्व, रसायन विज्ञान और यहां तक ​​कि मानव शरीर विज्ञान पर प्राकृतिक विज्ञान डेटा के सामान्यीकरण के आधार पर यह कानून तैयार किया। उसी समय, इंग्लैंड (ग्रोव) और डेनमार्क (कोल्डिंग) में भी इसी तरह के विचार व्यक्त किए गए थे। कुछ समय बाद यह कानून हेल्महोल्त्ज़ (जर्मनी) द्वारा विकसित किया गया। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम के खोजकर्ताओं ने इसकी स्थापना के लिए अलग-अलग रास्ते अपनाए।

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ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण सिद्धांतों में से एक है। आइए इसके स्वरूप के इतिहास, साथ ही आवेदन के मुख्य क्षेत्रों पर विचार करें।

इतिहास के पन्ने

सबसे पहले, आइए जानें कि ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की खोज किसने की। 1841 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जूल और रूसी वैज्ञानिक लेनज़ ने समानांतर प्रयोग किए, जिसके परिणामस्वरूप वैज्ञानिक व्यवहार में यांत्रिक कार्य और गर्मी के बीच संबंध को स्पष्ट करने में सक्षम हुए।

हमारे ग्रह के विभिन्न हिस्सों में भौतिकविदों द्वारा किए गए कई अध्ययनों ने ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून की खोज को पूर्व निर्धारित किया है। उन्नीसवीं सदी के मध्य में जर्मन वैज्ञानिक मेयर ने इसका सूत्रीकरण दिया। वैज्ञानिक ने उस समय मौजूद बिजली, यांत्रिक गति, चुंबकत्व और मानव शरीर विज्ञान के बारे में सभी जानकारी को संक्षेप में प्रस्तुत करने का प्रयास किया।

लगभग इसी अवधि में डेनमार्क, इंग्लैंड और जर्मनी के वैज्ञानिकों ने भी इसी तरह के विचार व्यक्त किये थे।

ऊष्मा के साथ प्रयोग

गर्मी के संबंध में विभिन्न प्रकार के विचारों के बावजूद, इसकी पूरी समझ केवल रूसी वैज्ञानिक मिखाइल वासिलीविच लोमोनोसोव ने दी थी। उनके समकालीनों ने उनके विचारों का समर्थन नहीं किया; उनका मानना ​​था कि ऊष्मा का संबंध पदार्थ बनाने वाले सबसे छोटे कणों की गति से नहीं है।

लोमोनोसोव द्वारा प्रस्तावित यांत्रिक ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का समर्थन तभी किया गया, जब प्रयोगों के दौरान रमफोर्ड पदार्थ के अंदर कण गति की उपस्थिति को साबित करने में कामयाब रहे।

गर्मी प्राप्त करने के लिए, भौतिक विज्ञानी डेवी ने बर्फ के दो टुकड़ों को एक दूसरे के खिलाफ रगड़कर बर्फ को पिघलाने की कोशिश की। उन्होंने एक परिकल्पना प्रस्तुत की जिसके अनुसार ऊष्मा को पदार्थ के कणों की दोलन गति माना गया।

मेयर के अनुसार, ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम ने गर्मी की उपस्थिति पैदा करने वाली ताकतों की अपरिहार्यता को मान लिया। इस विचार की अन्य वैज्ञानिकों द्वारा आलोचना की गई, जिन्होंने याद दिलाया कि बल गति और द्रव्यमान से संबंधित है, इसलिए इसका मूल्य स्थिर मूल्य नहीं रह सकता है।

उन्नीसवीं सदी के अंत में मेयर ने अपने विचारों को एक पुस्तिका में संक्षेपित किया और गर्मी की गंभीर समस्या को हल करने का प्रयास किया। उस समय ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का उपयोग कैसे किया जाता था? यांत्रिकी में ऊर्जा प्राप्त करने और परिवर्तित करने की विधियों पर कोई सहमति नहीं थी, इसलिए उन्नीसवीं शताब्दी के अंत तक यह प्रश्न खुला रहा।

कानून की विशेषता

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम मूलभूत नियमों में से एक है, जो कुछ शर्तों के तहत भौतिक मात्राओं को मापने की अनुमति देता है। इसे थर्मोडायनामिक्स का पहला नियम कहा जाता है, जिसका मुख्य उद्देश्य एक पृथक प्रणाली की स्थितियों के तहत इस मात्रा का संरक्षण है।

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम विभिन्न पदार्थों के संपर्क क्षेत्र में प्रवेश करने वाली तापीय ऊर्जा की मात्रा और इस क्षेत्र को छोड़ने वाली मात्रा के बीच संबंध स्थापित करता है।

एक प्रकार की ऊर्जा से दूसरे प्रकार की ऊर्जा में संक्रमण का मतलब यह नहीं है कि वह गायब हो जाती है। नहीं, केवल उसका दूसरे रूप में परिवर्तन ही देखा जाता है।

इस मामले में, एक रिश्ता है: कार्य - ऊर्जा। ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम इस वातावरण में होने वाली किसी भी प्रक्रिया के दौरान इस मात्रा (इसकी कुल मात्रा) की स्थिरता को मानता है। यह इंगित करता है कि एक प्रकार से दूसरे प्रकार में संक्रमण की प्रक्रिया में, मात्रात्मक तुल्यता देखी जाती है। विभिन्न प्रकार की गति का मात्रात्मक विवरण देने के लिए भौतिकी में परमाणु, रासायनिक, विद्युत चुम्बकीय और तापीय ऊर्जा का परिचय दिया गया।

आधुनिक सूत्रीकरण

आज ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम कैसे पढ़ा जाता है? शास्त्रीय भौतिकी एक थर्मोडायनामिक बंद प्रणाली की स्थिति के सामान्यीकृत समीकरण के रूप में इस अभिधारणा का गणितीय प्रतिनिधित्व प्रस्तुत करती है:

यह समीकरण दर्शाता है कि एक बंद प्रणाली की कुल यांत्रिक ऊर्जा गतिज, स्थितिज और आंतरिक ऊर्जा के योग के रूप में निर्धारित होती है।

ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम, जिसका सूत्र ऊपर प्रस्तुत किया गया था, एक बंद प्रणाली में इस भौतिक मात्रा की अपरिवर्तनीयता की व्याख्या करता है।

गणितीय संकेतन का मुख्य नुकसान केवल एक बंद थर्मोडायनामिक प्रणाली के लिए इसकी प्रासंगिकता है।

ओपन सिस्टम

यदि हम वेतन वृद्धि के सिद्धांत को ध्यान में रखते हैं, तो ऊर्जा के संरक्षण के नियम को ओपन-लूप भौतिक प्रणालियों तक विस्तारित करना काफी संभव है। यह सिद्धांत प्रणाली की स्थिति के विवरण से संबंधित गणितीय समीकरणों को निरपेक्ष रूप में नहीं, बल्कि उनकी संख्यात्मक वृद्धि में लिखने की अनुशंसा करता है।

ऊर्जा के सभी रूपों को पूरी तरह से ध्यान में रखने के लिए, एक आदर्श प्रणाली के शास्त्रीय समीकरण में ऊर्जा वृद्धि के योग को जोड़ने का प्रस्ताव किया गया था जो कि विभिन्न रूपों के प्रभाव के तहत विश्लेषण प्रणाली की स्थिति में परिवर्तन के कारण होता है। मैदान।

सामान्यीकृत संस्करण में यह इस तरह दिखता है:

dW = Σi Ui dqi + Σj Uj dqj

यह वह समीकरण है जिसे आधुनिक भौतिकी में सबसे पूर्ण माना जाता है। यही वह चीज़ थी जो ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का आधार बनी।

अर्थ

विज्ञान में इस नियम का कोई अपवाद नहीं है; यह सभी प्राकृतिक घटनाओं को नियंत्रित करता है। यह इस अभिधारणा के आधार पर है कि कोई भी विभिन्न इंजनों के बारे में परिकल्पनाओं को सामने रख सकता है, जिसमें एक सतत तंत्र के विकास की वास्तविकता का खंडन भी शामिल है। इसका उपयोग उन सभी मामलों में किया जा सकता है जहां एक प्रकार की ऊर्जा से दूसरे प्रकार की ऊर्जा में संक्रमण को समझाना आवश्यक है।

यांत्रिकी में अनुप्रयोग

ऊर्जा के संरक्षण एवं परिवर्तन का नियम वर्तमान में किस प्रकार पढ़ा जाता है? इसका सार इस मात्रा के एक प्रकार से दूसरे प्रकार में संक्रमण में निहित है, लेकिन साथ ही इसका सामान्य मूल्य अपरिवर्तित रहता है। वे प्रणालियाँ जिनमें यांत्रिक प्रक्रियाएँ की जाती हैं, रूढ़िवादी कहलाती हैं। ऐसी प्रणालियों को आदर्शीकृत किया जाता है, अर्थात, वे घर्षण बलों और अन्य प्रकार के प्रतिरोधों को ध्यान में नहीं रखते हैं जो यांत्रिक ऊर्जा के अपव्यय का कारण बनते हैं।

एक रूढ़िवादी प्रणाली में, केवल स्थितिज ऊर्जा का गतिज ऊर्जा में पारस्परिक संक्रमण होता है।

ऐसी प्रणाली में किसी पिंड पर कार्य करने वाले बलों का कार्य पथ के आकार से संबंधित नहीं होता है। इसका मूल्य शरीर की अंतिम और प्रारंभिक स्थिति पर निर्भर करता है। भौतिकी में इस प्रकार की शक्तियों के उदाहरण के रूप में गुरुत्वाकर्षण को माना जाता है। एक रूढ़िवादी प्रणाली में, एक बंद खंड में बल द्वारा किए गए कार्य की मात्रा शून्य होती है, और ऊर्जा के संरक्षण का नियम निम्नलिखित रूप में मान्य होगा: "एक रूढ़िवादी बंद प्रणाली में, संभावित और गतिज ऊर्जा का योग सिस्टम को बनाने वाले निकाय अपरिवर्तित रहते हैं।"

उदाहरण के लिए, किसी पिंड के मुक्त रूप से गिरने की स्थिति में स्थितिज ऊर्जा गतिज रूप में परिवर्तित हो जाती है, जबकि इन प्रकारों का कुल मान नहीं बदलता है।

अंत में

यांत्रिक कार्य को पदार्थ के अन्य रूपों में यांत्रिक गति के पारस्परिक संक्रमण का एकमात्र तरीका माना जा सकता है।

इस कानून को प्रौद्योगिकी में आवेदन मिला है। कार का इंजन बंद करने के बाद गतिज ऊर्जा का धीरे-धीरे ह्रास होता है, जिसके बाद वाहन रुक जाता है। अध्ययनों से पता चला है कि इस मामले में एक निश्चित मात्रा में गर्मी निकलती है, इसलिए, रगड़ने वाले शरीर गर्म हो जाते हैं, जिससे उनकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है। घर्षण या गति के किसी भी प्रतिरोध के मामले में, यांत्रिक ऊर्जा का आंतरिक मूल्य में संक्रमण देखा जाता है, जो कानून की शुद्धता को इंगित करता है।

इसका आधुनिक सूत्रीकरण इस तरह दिखता है: “एक पृथक प्रणाली की ऊर्जा कहीं गायब नहीं होती है, कहीं से प्रकट नहीं होती है। किसी प्रणाली के भीतर मौजूद किसी भी घटना में, एक प्रकार की ऊर्जा से दूसरे में संक्रमण होता है, एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरण होता है, बिना मात्रात्मक परिवर्तन के।

इस नियम की खोज के बाद, भौतिकविदों ने एक सतत गति मशीन बनाने के विचार को नहीं छोड़ा, जिसमें एक बंद चक्र में, सिस्टम द्वारा आसपास की दुनिया में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा में कोई बदलाव नहीं होगा। , बाहर से प्राप्त गर्मी की तुलना में। ऐसी मशीन गर्मी का एक अटूट स्रोत बन सकती है, मानवता की ऊर्जा समस्या को हल करने का एक तरीका।