הבדל מרכזי - חוק שימור החומר מול האנרגיה
חוק שימור החומר וחוק שימור האנרגיה הם שני חוקים בכימיה המשמשים כדי להסביר את התכונות של מערכות תרמודינמיות מבודדות וסגורות. חוקים אלו קובעים שלא ניתן ליצור או להרוס חומר או אנרגיה אלא ניתן להמירם לצורות שונות או לסדר אותם מחדש. ההבדל העיקרי בין חוק שימור החומר לאנרגיה הוא שחוק שימור החומר קובע שהמסה הכוללת בתוך מערכת סגורה שאינה מאפשרת לחומר או לאנרגיה לברוח צריכה להיות קבועה ואילו חוק שימור האנרגיה קובע כי אנרגיה אינה יכולה להיווצר או להרוס, אך ניתן לשנות מצורה אחת לאחרת.
מהו חוק שימור החומר?
חוק שימור החומר הוא עיקרון המתאר שהמסה הכוללת בתוך מערכת סגורה, שאינה מאפשרת לחומר או לאנרגיה לברוח, צריכה להיות קבועה. מכאן שכמות המסה בתוך אותה מערכת נשמרת. מערכת שאינה מאפשרת לאנרגיה או לחומר לעבור בגבולה ידועה כמערכת מבודדת תרמודינמית.
איור 1: השוואה בין מערכות תרמודינמיות מבודדות, סגורות ופתוחות
חוק זה גם מציין שאי אפשר ליצור או להרוס מסה, רק ניתן לסדר אותה מחדש או לשנות אותה מצורה אחת לאחרת. סידורים או שינויים אלה מתרחשים באמצעות תגובות כימיות. מכאן שהמסה הכוללת של המגיבים שווה למסה הכוללת של מוצרים בתגובה כימית המתרחשת במערכת תרמודינמית סגורה.התגובות הכימיות המתרחשות במערכת סגורה זו יכולות להיות,
- תגובות גרעיניות
- דעיכה רדיואקטיבית
- תגובות כימיות אחרות
מהו חוק שימור האנרגיה?
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי שקובע כי לא ניתן ליצור או להרוס אנרגיה, אלא ניתן לשנות אותה מצורה אחת לאחרת. במילים אחרות, חוק זה מציין שסך האנרגיה בתוך מערכת סגורה ומבודדת נשארת קבועה. מכאן שהאנרגיה נשמרת בתוך מערכת.
איור 2: ניתן להמיר את אור השמש לצורות אנרגיה שונות, אך לא ניתן להרוס
לדוגמה, ניתן להמיר את האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת לאנרגיה קינטית, אך לא ניתן להרוס אותה. מושג זה יכול להינתן בחוק הראשון של התרמודינמיקה עבור מערכת תרמודינמית סגורה. ניתן לתת אותו כדלקמן.
δQ=dU + δW
כאשר δQ היא כמות האנרגיה שנוספה למערכת, δW היא העבודה שאבדה מהמערכת עקב עבודה תרמודינמית שמבצעת המערכת ו-dU הוא השינוי באנרגיה הפנימית של המערכת. זה מסביר שאנרגיה מומרת לצורות שונות, אך לא נוצרת או נהרסת.
מהו הקשר בין חוק שימור החומר והאנרגיה?
זה נחשב שניתן להמיר מסה לאנרגיה ולהיפך. זוהי הדרך האמיתית שבה מתרחש שימור אנרגיה המוני. זה הוצע לראשונה על ידי אנרי פואנקרה ואלברט איינשטיין, בתור מושג המכונה "תורת היחסות המיוחדת". ניתן לתת את הקשר בין המסה לאנרגיה כדלקמן:
E=mc2
כאשר E היא האנרגיה, m היא המסה ו-c היא מהירות האור. עם זאת, במכניקה הקלאסית, שני החוקים נחשבים כחוקים נפרדים.
מה ההבדל בין חוק שימור החומר לאנרגיה?
חוק שימור החומר מול האנרגיה |
|
| חוק שימור החומר הוא עיקרון שמתאר שהמסה הכוללת צריכה להיות קבועה בתוך מערכת סגורה שאינה מאפשרת לחומר או לאנרגיה לברוח. | חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי שקובע כי לא ניתן ליצור או להרוס אנרגיה, אלא ניתן לשנות אותה מצורה אחת לאחרת. |
| שימור | |
| המסה הכוללת במערכת תרמודינמית מבודדת וסגורה נשמרת. | כל האנרגיה במערכת תרמודינמית מבודדת וסגורה נשמרת. |
סיכום – חוק שימור החומר מול האנרגיה
חוק שימור החומר והאנרגיה נחשבים כשני חוקים נפרדים במכניקה הקלאסית.אבל מאוחר יותר התגלה שיש קשר חזק בין שני החוקים. חוק שימור החומר קובע שהמסה הכוללת צריכה להיות קבועה בתוך מערכת סגורה שאינה מאפשרת לברוח לחומר או לאנרגיה ואילו חוק שימור האנרגיה קובע שלא ניתן ליצור או להרוס אנרגיה, אלא ניתן לשנות אותה מצורה אחת לאחר. זה ההבדל העיקרי בין חוק שימור החומר והאנרגיה.
