Wanneer energie negatief kan wees: hoekom, hoe, wanneer, waar


In hierdie artikel gaan ons beskryf wanneer energie negatief kan wees en gedetailleerde feite wat daarmee verband hou.

As 'n atoom in ag geneem word, kan gesê word dat die vorming en breek van 'n atoom kan definieer negatiewe energie. Die hoeveelheid energie wat geabsorbeer word tydens die breek van 'n atoom is dieselfde as die hoeveelheid energie wat vrygestel word tydens die vorming van daardie atoom. Die energie wat verskaf word om 'n atoom te breek, word as negatiewe energie beskou.

So ver as wat die energie nul word, word die atoom vry. Ons kan 'n vrye elektron as 'n voorbeeld van negatiewe energie neem. 'n Vrye elektron is daardie elektron wat nie in enige wentelbaan van 'n atoom bestaan ​​nie. Wanneer hierdie vrye elektron van oneindigheid na enige ander punt naby die kern gebring word, moet die kern werk doen.

Kinetiese energie van 'n elektron kan nooit nul wees nie, aangesien dit 'n produk is van massa en kwadraat van snelheid van die elektron. Die verhouding van potensiaal tot kinetiese energie van 'n elektron is -2. Hieruit kan gestel word dat die totale energie van 'n elektron nul kan wees.

Hierdie werk verrig of potensiële energie is negatiewe potensiële energie aangesien ons almal die konsep ken dat wanneer werk verrig of energie aan 'n voorwerp verskaf word, die energie as negatiewe energie genoem word.

wanneer energie negatief kan wees
Negatiewe energie van Wikipedia

Kan energie ooit negatief wees?                            

Potensiële energie kan beide positiewe sowel as negatiewe waarde hê. Of 'n energie 'n positiewe of 'n negatiewe waarde het, kan uit die definisie van energie geïdentifiseer word. 'n Baie algemene bron van negatiewe potensiële energie is aantrekkingskrag. Wanneer 'n elektron en 'n positron saam geneem word, kom daar 'n verandering in energie. Hieruit kan ons verduidelik wanneer energie negatief kan wees.

Die waarde van die totale energie neem af soos die elektron- en positronpaar nader aan mekaar kom en die Coulomb potensiële energie meer negatief word.

Die som van kinetiese energie en potensiële energie van 'n gebonde sisteem het 'n waarde minder as nul. Maar die totale energie wat die massas individueel insluit, kry 'n positiewe waarde. 'n Geïsoleerde stelsel moet 'n positiewe waarde van sy totale energie hê. Andersins kan hierdie stelsel spontaan beweeg en is daar geen sekerheid in sy posisie nie. In feit die vakuum sal ook nie stabiel wees nie.

Ons kan die voorbeeld van energie-oordrag tussen bron en wasbak in 'n termodinamiese enjin of yskas gebruik. Hier beteken die negatiewe werk wat gedoen word dat werk deur 'n sisteem gedoen word. Gevolglik neem die totale energie van die sisteem in hierdie geval af.

Wanneer energie negatief kan wees?

Kom ons neem 'n hidrostatiese stelsel. Dit is nuttig om te beskryf wanneer energie negatief kan wees. Hierdie stelsel is vervat in 'n geslote silinder en 'n wrywinglose beweegbare suier is aan die bokant van die silinder aangebring. Die oppervlakte van die deursnee van daardie silinder is A en die druk wat op die suier inwerk is P wat deur die stelsel daarop uitgeoefen word. Daarom is die interne krag wat op die sisteem inwerk,

Hier moet die eksterne krag nie in ag geneem word nie. Dit is moontlik om die eksterne krag slegs te verwaarloos wanneer daar 'n geringe verskil tussen die krag PA van die sisteem en die eksterne krag is. As 'n oneindige afstand van dx deur die suier beweeg word tydens uitbreiding (+dV), dan word 'n oneindige hoeveelheid negatiewe werk (-dW) deur die stelsel verrig. Vandaar,

                                                                   

                                                                   

Die teenwoordigheid van negatiewe teken in die vergelyking hierbo dui op 'n uitbreiding, dws 'n positiewe dV. 'n Negatiewe werk wat deur die stelsel gedoen word, word uit hierdie uitbreiding gelewer. Dit beteken dat die totale energie van die sisteem afneem. Energie kan dus negatief wees in hierdie geval.

Watter tipe energie kan negatief wees?

Daar is 'n aantal voorbeelde wat gebruik kan word om te illustreer wanneer energie negatief kan wees. Hulle is-

Gravitasie potensiële energie

Gravitasie potensiële energie is die belangrikste voorbeeld om te beskryf wanneer energie negatief kan wees. Kom ons neem twee swaar liggame op die aarde se oppervlak. Nou sal die positiewe aantrekkingskrag tussen hulle lei tot 'n positiewe gravitasie potensiële energie terwyl die negatiewe aantrekkingskrag tot dieselfde hoeveelheid negatiewe gravitasie potensiële energie sal lei.

As die afstand tussen hulle 'n oneindige afstand bereik, is die positiewe aantrekkingskrag en die negatiewe gravitasie-aantrekkingskrag geneig om nul te word vanaf die positiewe en die negatiewe getallelyne onderskeidelik. Soos die liggame nader aan mekaar kom kry hulle 'n versnelde beweging as gevolg van swaartekrag.

Dit gee aan die positiewe kinetiese energie sowel as dieselfde hoeveelheid negatiewe gravitasie potensiële energie sodat die totale energie behoue ​​bly volgens die wet van behoud van energie.

Energie wat verband hou met virtuele deeltjies

Virtuele deeltjies is nog 'n mees noemenswaardige voorbeeld van wanneer energie negatief kan wees. Virtuele deeltjie- en antideeltjiepare word gebruik om die vakuumruimte te vul volgens die onsekerheidsbeginsel. Hierdie pare bestaan ​​vir 'n baie kort tydperk. Daarna vernietig hulle. Hierdie virtuele deeltjies bestaan ​​uit negatiewe energie.

Casimir effek

Om die golflengtes van kwanta wat tussen twee plate voorkom, te beperk, kom die twee twee plate nader aan mekaar. Hierdie effek is geneig om die aantal virtuele deeltjies en hul digtheid tussen die plate te verminder. Dit veroorsaak 'n negatiewe energiedigtheid. Hierdie effek gebaseer op kwantumteorie is 'n baie belangrike voorbeeld van wanneer energie negatief kan wees.

Casimir effek van Wikipedia

Uitgedrukte lig

Energieskommelings is ewekansig in kwantumteorie soos voorgestel deur die onsekerheidsbeginsel. In die geval van uitgedrukte kwantumtoestande word hierdie vlak van onsekerheid verminder. Hierdie uitgedrukte toestande kan negatiewe energie hê. Soms word 'n aantal laserstrale so gerangskik dat energieskommelings deur die vernietigende kwantuminterferensie onderdruk word.

Wanneer energie kan wees negatief kan hierdeur verklaar word.

Uitgedrukte toestande van lig uit Wikipedia

Dirac see

Dirac-teorie is in 1930 deur paul dirac gegee. Volgens hierdie teorie het negatiewe energie die vakuum van ruimte heeltemal gevul.

Dirac see van Wikipedia

Hawking bestraling

Die kortstondige virtuele deeltjiepaar wanneer dit in die swart gat ingaan, verander sy energie in negatiewe energie en netto energie word nul. Dit is baie nuttig om te verduidelik wanneer energie negatief kan wees.

wormgat

Die meganisme van 'n wurmgat is gebaseer op Einstein se vergelykings. ’n Wurmgat word gebruik om twee liggings te koppel wat met ruimte en tyd verskil. Wanneer 'n wurmgat oopgehou word, verskyn negatiewe energie daarin.

Wurmgat van Wikipedia

Warp aandrywing

Negatiewe energie is ook betrokke by 'n warp-aandrywing wat vinniger as lig is. Wanneer energie negatief kan wees, is verklaarbaar uit die konsep van warp drive.

Warp ry van Wikipedia

'n Endotermiese reaksie

Ons skryf altyd -Q wanneer die hitte in 'n chemiese vergelyking geabsorbeer word. Dit gaan alles oor tekenkonvensie. Daar bestaan ​​geen negatiewe energie nie.

Hoe kan energie negatief wees?

Potensiële energie kan altyd 'n negatiewe waarde hê. Om te verduidelik wanneer energie negatief kan wees, kom ons neem twee voorbeelde van 'n planeet wat onder gravitasie-aantrekkingskrag van die son is en 'n elektron wat aan die atoom gebind is. Ons weet dat 'n gebonde sisteem altyd 'n negatiewe energie saam met hom dra.

Wanneer 'n planeet onder die gravitasie-aantrekkingskrag van die son is, is dit in 'n gebonde toestand. Dit het dus positiewe energie nodig om vry te wees van hierdie gravitasieveld van die son. Net so het 'n elektron wat aan 'n atoom gebind is energie nodig om uit die atoom te kom en vry te word. Die energie van die gebonde elektron is dus ook negatiewe energie.

Totale energie van 'n gebonde sisteem is soms negatief. Ons weet dat die totale energie van 'n gebonde sisteem die som van potensiële energie en kinetiese energie is. Kinetiese energie is nou die produk van massa en kwadraat van snelheid van die stelsel, so dit kan nooit negatief wees nie.

Maar ons weet potensiële energie is negatief vir 'n gebonde sisteem. So as hierdie negatiewe waarde van die potensiële energie groter is as die positiewe waarde van die kinetiese energie, dan word die totale energie negatief.

Waar kan energie negatief wees?

As die teorie van 'n wurmgat as 'n voorbeeld geneem word van wanneer energie negatief kan wees, kan dit beskryf waar energie 'n negatiewe waarde kan hê. Twee plekke wat geografies ver van mekaar is en hul ruimte en tyd ook van mekaar verskil, kan met behulp van wurmgate verbind word.

Hierdie twee plekke kan ook onmiddellik deur die hulp van wurmgate gereis word. Wanneer 'n wurmgat oopgehou word, verkry dit negatiewe energie.

Kan behoud van energie negatief wees?

Bewaring van energie kan nie 'n negatiewe waarde hê nie, aangesien dit die wet van behoud van energie heeltemal oortree. Negatiewe energie het geen spesifieke fisiese bewys nie, daarom kan gesê word dat as negatiewe energie bestaan, alle energieë binne die heelal deur mekaar gebalanseer sal word, wat veroorsaak dat die totale energie verdwyn.

Hierdie konsep oortree heeltemal die wet van behoud van energie.

Ankita Biswas

Hi...ek is Ankita Biswas. Ek het my B.Sc in fisika Honneurs en my M.Sc in Elektronika gedoen. Tans werk ek as 'n Fisika-onderwyser in 'n Hoër Sekondêre Skool. Ek is baie entoesiasties oor die hoë-energie fisika veld. Ek is mal daaroor om ingewikkelde fisika-konsepte in verstaanbare en eenvoudige woorde te skryf. Kom ons koppel deur LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/ankita-biswas-b95785230

Onlangse plasings