Säästö on fyysinen periaate , jonka mukaan koko energia , joka eristetty järjestelmän on muuttumaton ajan. Tämä kokeellisesti laajasti todennettu periaate on ensiarvoisen tärkeä fysiikassa, ja se edellyttää, että minkä tahansa fyysisen ilmiön tapauksessa eristetyn järjestelmän alkuperäinen kokonaisenergia on yhtä suuri kuin lopullinen kokonaisenergia, joten energia kulkee muodosta toiseen muodon aikana. ilmiö ilman energian luomista tai katoamista.
Kun se on olettamus, Newtonin mekaniikka , tätä periaatetta voidaan osoittaa Lagrangen mekaniikka kautta Noether lause .
Voimme siis tutkia energian muunnoksia palamisen aikana (jossa vain lämpöenergia ja kemiallisten sidosten energia puuttuvat ) tai ydinreaktiossa (jossa pääasiassa atomien ytimissä oleva energia ja lämpöenergia ).
Tämä periaate tekee ikuisen liikkumisen mahdottomaksi, koska mikään todellinen fyysinen järjestelmä ei ole täysin eristetty ympäristöstään, sen liike menettää energiaa yhdessä tai toisessa muodossa ( kitka , valo , lämpö jne.).
Eristetty järjestelmä koostuu joukosta fyysisiä esineitä (yleensä hiukkasia: atomeja, fotoneja jne. ). Sen sanotaan olevan "eristetty", jos se ei vaihda ulkopuolisen energian kanssa voimien (esimerkiksi painovoiman, magnetismin) tai aineen välityksellä (massaa sisältäviä hiukkasia ei poisteta tai lisätä järjestelmään). Erityisesti eristetty järjestelmä ei vaihda fotoneja toisen järjestelmän kanssa.
Tämä Newtonin fysiikassa julkaistu periaate olettaa implisiittisesti, että järjestelmän viitekehys on inertia . Eräässä ei-inertiaalikoordinaatisto , tämä periaate ei ole voimassa, liike pystyy näkyvät siellä itsestään.
Yhteensä energia järjestelmän koostuu summa eri energioita, jotka voivat olla:
Säilytysperiaatteen mukaan energian määrä eristetyssä järjestelmässä ei voi vaihdella.
Sanomalla, että järjestelmä A ei ole eristetty, tarkoitetaan sitä, että A: n ulkopuolella on ainakin yksi muu järjestelmä B ja että näiden järjestelmien välillä on energiansiirtoja.
Yleensä minkä tahansa (eristämättömän) järjestelmän S säilyttämisen periaatetta käytetään useimmiten muunneltavalla tavalla kirjoittamalla, että järjestelmän S energiamäärän vaihtelu on yhtä suuri kuin syötteiden summa miinus summatulokset havainnointiviiveen aikana. Matemaattisesti tämä tarkoittaa luonnonsuojeluyhtälöitä .
Esimerkiksi ilmassa värähtelevän heilurin liike on yhä heikompaa, koska kitka, erityisesti ilman kanssa, syöttää energiaa toiseen järjestelmään (ympäröivään ilmaan) ja sen energian vähentyessä sen liikkeet vähenevät väistämättä. "Heilurijärjestelmästä" menetetty energiamäärä on tällöin yhtä suuri kuin "ympäröivään" järjestelmään siirretty energiamäärä, minkä vuoksi "heiluri" -järjestelmän tuotos. Tämän vaihtelu on tällöin todellakin yhtä suuri kuin tulojen kokonaismäärä (tässä tapauksessa 0) miinus tuotosten kokonaismäärä.
Yksinkertaisissa järjestelmissä newtonilaisen mekaniikan , ainoana edellytyksenä konservatiiviset voimat , summa kineettistä energiaa , ja potentiaalienergiat , on vakio. Se pysyy muuttumattomana vain konservatiivisten voimien toimesta.
tai
.
Summa Ec + Ep , joka edustaa kaikkia energiaa läsnä järjestelmässä, kutsutaan mekaaniseksi energiaksi , E .
Sitten on mahdollista ilmaista energian säästämisen periaate mekaanisella energialla.
tai:
.
Puhumme alku- ja loppuenergioista viittaamalla järjestelmässä läsnä olevaan energiaan ennen voiman vaikutusta ja sen jälkeen. Järjestelmään vaikuttavan voiman tyyppi määrää, onko energiansäästö vai ei.
Jos järjestelmään kohdistuu ainakin yksi ei-konservatiivinen voima (esimerkiksi kitka), sen tuottama työ on otettava huomioon määritettäessä järjestelmän lopullinen energia. Edellisessä osassa esitetty yhtälö on siten modifioitu, koska energiaa ei ole säästetty.
On yleensä tarpeen turvautua termodynamiikkaan ja sisäisen energian käsitteeseen muotoilemaan energiansäästöperiaate yleisemmäksi kuin mekaniikassa.
In hiukkasfysiikan , lain säästö edellyttää, että aikana ydin- reaktion tai hajoamisen , summa energiat alkaa partikkelien on sama kuin energioiden summa emittoidun hiukkasia.
Vuonna 1930 tämän periaatteen soveltaminen antoi Wolfgang Paulille mahdollisuuden olettaa hyvin erillisen hiukkasen, jonka hän nimesi neutriinoksi kolme vuotta myöhemmin .
Järjestelmän mekaanisen energian säästämisperiaatetta voidaan käyttää paalille, joka nostetaan tietylle korkeudelle maasta:
Tässä esimerkissä ilmavastus on jätetty huomiotta .
Ensimmäinen periaate termodynamiikan kuvastaa periaatetta säästö:
Toisin sanoen järjestelmän makroskooppisen kineettisen energian (Ec) ja sisäisen energian (U) vaihteluiden summa on yhtä suuri kuin lämmönsiirron ja työn, jota se vaihtaa ulkoisen ympäristön kanssa, summa .
Jotta yksittäinen järjestelmä , meillä on: siksi
: tämän artikkelin lähteenä käytetty asiakirja.