Chương 3: Các định luật bảo toàn

Truth is ever to be found in simplicity, and not in the multiplicity and confusion of things. Nhóm 6 Nguyễn Thanh Thảo Nguyên B1408713 Lê Hữu Dư B1408690 Nguyễn Hoài Đăng B1408692 Trần Hoàng Đô B1408693 Nguyễn Thanh Duy B1408689 Đinh Minh Ảnh B1408690 Nguyễn Chí Tình B1408729 Huỳnh Thị Quỳnh Mai B1401516 CHƯƠNG 3: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN Bảo Toàn Khối Lượng Bảo Toàn Điện Tích Bảo Toàn Động Lượng Bảo Toàn Momen Động Lượng Bảo Toàn Năng Lượng Một Số Dạng Năng Lượng Sự Truyền Và Chuyển Hóa Năng Lượng Khối lượng, điện tích, động lượng, momen động lượng và năng lượng được bảo toàn trong bất kì hệ nào. Các định luật bảo toàn thì hữu ích, đặc biệt là nơi mà các hiện tượng xảy ra thay đổi, bởi vì chúng không đổi khi đối mặt với sự thay đổi Ở chương này, chúng ta sẽ thảo luận về một số đại lượng được bảo toàn như: khối lượng, điện tích, động lượng, momen động lượng và năng lượng… Lời Mở Đầu Bảo Toàn Khối Lượng Ví Dụ: Nếu gỗ bị đốt cháy trong một hộp kín tổng khối lượng của vật chứa bên trong hộp là không thay đổi. Gỗ và oxi ban đầu xuất hiện đơn thuần là đã được thay đổi cho carbon dioxide hơi nước và tro. Một mảnh gỗ cháy và dường như bị phá hủy, chỉ để lại một đống tro nhỏ, nước dường như biến mất từ một chảo mở nắp vào một ngày nắng,… Tuy nhiên, sau khi đo cẩn thận thực tế cho thấy rằng tổng khối lượng không thay đổi trong mọi sự biến đổi, nó chỉ đơn thuần là thay đổi hình thức. ĐL Bảo Toàn Khối Lượng được phát biểu như sau: Khối lượng không được tạo ra cũng không bị mất đi. Tổng số khối lượng là không thay đổi. Khối lượng có thể thay đổi từ dạng này sang dạng khác nhưng tổng khối lượng sau khi chuyển đổi luôn luôn bằng với trước đó. Bảo Toàn Điện Tích Điện tích là một tính chất cơ bản và không đổi của một số hạt nhân nguyên tử, đặc trưng cho tương tác điện từ giữa chúng. Điện tích là một trong những đối tượng được bảo toàn trong tự nhiên. Tuy nhiên, định luật bảo toàn phức tạp hơn vì có hai loại điện tích. Chúng ta có thể tạo ra và triệt tiêu điện tích. Nguyên tắc chung:Tổng số điện tích dương trừ đi tổng số điện tích âm không thay đổi. Tính chất: Điện tích là một đại lượng bất biến tương đối tính, điều đó có nghĩa là vật (hoặc hạt) mạng điện tích q khi đứng yên, thì vẫn sẽ mang điện tích q như vậy khi chuyển động. Điều này đã được kiểm chứng trong một thực nghiệm, ở đó điện tích của một hạt nhân heli (gồm 2 proton và 2 neutron, hạt nhân này di chuyển rất nhanh) được quan sát là gấp đôi điện tích của một hạt nhân deuteri (gồm 1 proton và 1 neutron, được xem là chuyển động rất chậm so với hạt nhân helium). Mỗi lần 1 hạt mang điện tích xuất hiện, 1 hạt khác có điện tích ngược lại cũng xuất hiện. Bất cứ khi nào 1 hạt mang điện tích dường như biến mất, 1 hạt khác mang điện tích ngược lại cũng biến mất. Định luật bảo toàn điện tích có vẻ là 1 định luật phổ biến trong tự nhiên. Không có trường hợp ngoại lệ đã từng được phát hiện. Bảo Toàn Động Lượng Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là đại lượng được xác định được công thức: Động lượng = vận tốc x khối lượng Định luật BT động lượng: Khi lực tổng hợp bằng 0, động lượng của một vật được bảo toàn, nghĩa là, một vật có khối lượng bất biến tiếp tục chuyển động với vận tốc không thay đổi trên một đường thẳng, khi đó tích của khối lượng và vận tốc là một hằng số theo thời gian. Định luật bảo toàn động lượng thường được áp dụng để giải thích bài toán về va chạm, giải thích hiện tượng súng giật khi bắn. Định luật này cũng là cơ sở của nguyên tắc chuyển động bằng phản lực của máy bay, tên lửa. Ví Dụ: Súng giật khi bắn, hai hòn bi va chạm vào nhau đổi hướng, phản lực của máy bay hay tên lửa, tên lữa nước, … Bảo Toàn Momen Động Lượng Một vật chuyển động trong một vòng tròn không phải là một chuyển động không đổi. Tuy nhiên, có một số đại lượng được bảo toàn liên quan đến chuyển động quay. Ví Dụ: Vận động viên trượt băng nghệ thuật khi họ quay, những người thể dục dụng cụ gập người lại,…. Nếu chúng ta nhân khối lượng của một vật với vật tốc không đổi của nó sau đó lại nhân với bán kính không đổi của quỹ đạo tròn, chúng ta ta tạo ra một đại lượng không đổi trong quá trình chuyển động tròn của vật. Chúng ra gọi đại lượng xung này là momen động lượng.Momen động lượng = khối lượng x vận tốc x khoảng cách đến trục quay Giống như những lực tổng hợp làm thay đổi động lượng, một số các loại lực có thể làm thay đổi momen động lượng. Các lực đó truyền them một “sức xoáy” ( momen xoắn) cho các vật đang quay tròn có thể thay đổi vận tốc quỹ đạo của nó và do đó thay đổi momen động lượng của nó. Định luật bảo toàn momen động lượng:Trong trường hợp không có momen xoắn, momen động lượng của một vật đang quay quanh trục được bảo toàn, tức là, sản phẩm của khối lượng, vận tốc và khoảng cách từ vật đến trục quay là một hằng số theo thời gian. Một Số Dạng Năng Lượng Năng lượng xuất hiện dưới dạng sự chuyển động, vị trí, nhiệt độ … Thách thức của chúng ta là khám phá ra tất cả các dạng năng lượng xảy ra và tính toán năng lượng trong mỗi tình huống có thể.Và ta tự hỏi liệu năng lượng có được bảo toàn ? Động Năng Động năng là sự kết hợp giữa năng lượng với chuyển động. Độ lớn động năng của một vật chuyển động có thể được tính bởi công thức: Nếu một xe tải có khối lượng gấp ba lần khối lượng một chiếc xe ô tô đang chạy với cùng vận tốc, động năng của nó sẽ gấp ba lần; do đó chiếc xe tải gây ra thiệt hại gấp khoảng ba lần so với chiếc xe ô tô nhỏ Thế Năng Hấp Dẫn Thế năng hấp dẫn là sự liên quan của năng lượng với chiều cao của một vật Độ lớn thế năng hấp dẫn của một vật gần bề mặt của trái đất có thể được tính bởi công thức: Càng xa khỏi trái đất thì trọng lượng của nó sẽ giảm đáng kể dẫn đến thế năng hấp dẫn giảm. Tuy nhiên, nguyên tắc chung là thế năng hấp dẫn tăng theo khoảng cách – vật xa hơn tính từ tâm trái đất, thế năng hấp dẫn của nó sẽ lớn hơn. Thế Năng Tĩnh Điện Thế năng tĩnh điện được kết hợp với lực điện. Độ lớn năng lượng của thế năng tĩnh điện phụ thuộc vào khoảng cách giữa các vật tương tác. Thế năng tăng lên khi các vật xa nhau hơn. Sự khác biệt duy nhất là độ lớn của thế năng tĩnh điện phụ thuộc vào điện tích của các vật, trong khi thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào khối lượng của chúng. Bạn có thể hình dung sự tồn tại của thế năng tĩnh điện bằng cách tưởng tượng hai hạt điện tích, một tích điện dương và một tích điện âm, được đặt cách nhau. Nếu các hạt được phóng thích chúng hút lẫn nhau và tăng tốc. Tốc đọ của chúng tăng lên khi chúng đến gần nhau hơn. Chúng mất thế năng tĩnh điện khi động năng tăng. Nội Năng Trong trường hợp một quả bóng rơi xuống chạm vào sàn nhà, quả bóng ( và ở một mức độ thấp hơn, sàn nhà) bị biến dạng bởi va chạm. Hơn nữa, cả hai sàn nhà và quả bóng đều nóng hơn so với trước khi bóng rơi xuống. Sự thay đổi nhiệt độ quá nhỏ mà chúng ta thường không chú ý đến điều đó. Nếu bạn nghi nghờ thực tế của chúng, hãy thử dừng xe của bạn một cách thật nhanh ( ví dụ: từ 50 km/h hoặc hơn), sau đó bước ra ngoài và cẩn thận chạm vào một trong những lốp xe. Nhiệt độ của lốp xe cao cho thấy nơi mà động năng ban đầu của chiếc xe đã trải qua. Nhiệt năng là một dạng nội năng liên quan tới nhiệt độ của vật chất. Nhiệt năng của bất kỳ vật hoặc vật chất tăng lên khi nhiệt độ của nó tăng. Thế năng hóa học là một hình thức của nội năng liên kết với các trạng thái vật lý và hóa học của vật chất. Thế năng hóa học là tên cho thế năng tĩnh điện của các nguyên tử bên trong vật chất. Các phản ứng vật lý và hóa học là kết quả của sự sắp xếp trở lại của các nguyên tử trong đó một loại vật chất được tạo thành, điều này sẽ gây ra những thay đổi trong thế năng tĩnh điện của các nguyên tử trong vật chất. Bảo Toàn Năng Lượng Đinh luật được phát biểu như sau: Năng lượng khộng tự sinh ra cũng không tự mất đi. Tổng năng lượng vũ trụ không bao giờ thay đổi. Năng lượng có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác,hoặc chuyển từ vật này sang vật khác,nhưng không có quy trình, không có vấn đề mạnh mẽ hoặc đột ngột hoặc phức tạp như thế nào có thể làm thay đổi tổng số năng lượng. BT năng lượng được minh họa bởi hầu như tất cả các quá trình xảy ra một cách tự nhiên trong tự nhiên hoặc là xảy ra bởi công nghệ của con người gây ra. Sau đây là một vài ví dụ trong số rất nhiều quá trình có thể được trích dẫn: Một tảng băng đang chảy trong đại dương  Một ô tô tăng tốc tử trạng thái đứng yên lên đến 120km/h. Nước trong đại dương bốc hơi. Sau đó, mưa xảy ra trên một dãy núi và ở đó bị sói mòn đáng kể khi nước chảy trở lại đại dương. Sự Truyền Và Chuyển Hóa Năng Lượng Công là một quá trình đơn giản mà năng lượng được chuyển đến một vật bằng các lực tác dụng lên vật. Công là cả một quá trình truyền và chuyển hóa. Dẫn nhiệt là một quá trình truyền đơn giản mà trong đó nội năng đã được truyền đi vì sự chênh lệch nhiệt độ.  Tại sao về mùa đông chim thường hay đứng xù lông ????? Bức xạ là một quá trình truyền nhiệt đơn giản thứ ba. Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bởi các tia nhiệt đi thẳng. Đối lưu là một quá trình truyền năng lượng phức tạp thường kết hợp với các quá trình đơn giản của công và sự dẫn nhiệt. Sự truyền nhiệt nhờ tạo thành dòng đi từ dưới lên trên gọi là sự đối lưu. ® Phản ứng hóa học là quá trình chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác.® Sự cháy là một loại phản ứng hóa học trong đó thế năng tích trữ được chuyển thành năng lượng nội nhiệt (nghĩa là nhiệt). ® Dòng nhiệt là một thuật ngữ chung được áp dụng cho việc truyền năng lượng từ nơi này đến nơi khác bởi sự dẫn nhiệt, sự đối lưu hoặc bởi sự bức xạ. Tại sao khi đun nóng chất lỏng và chất khí phải đun từ dưới lên ??? Trong chân không và chất rắn có xảy ra đối lưu không ? Tại sao ?? Một đại lượng được bảo toàn nghĩa là gì ?? Có phải khối lượng hoặc được tạo ra hoặc bị mất đi ?