??nergie

La foudre est le claquage ??lectrique de l'air par les champs ??lectriques forts, produisant un plasma , ce qui provoque un transfert d'??nergie du champ ??lectrique ?? la chaleur , de l'??nergie m??canique (le mouvement al??atoire des mol??cules d'air provoqu??s par la chaleur), et la lumi??re.

Dans la physique et autres sciences , de l'??nergie (du grec ενεργός, ??nergos, ??active, travail??) est un scalaire quantit?? physique qui est une propri??t?? des objets et des syst??mes qui est conserv??e par la nature. L'??nergie est souvent d??finie comme la capacit?? de faire le travail .

Plusieurs formes diff??rentes de l'??nergie, y compris cin??tique , potentiel, thermique, gravitationnelle, ??lastique, ??lectromagn??tique , chimique, nucl??aire, et de masse ont ??t?? d??finis pour expliquer tous les ph??nom??nes naturels connus.

L'??nergie est converti ?? partir d'une forme ?? une autre. Ce principe, la conservation de l'??nergie, a ??t?? postul?? premi??re au d??but du 19??me si??cle, et se applique ?? tout syst??me isol??. Selon Le th??or??me de Noether, la conservation de l'??nergie est une cons??quence du fait que les lois de la physique ne changent pas au fil du temps.

Bien que l'??nergie totale d'un syst??me ne change pas avec le temps, sa valeur peut d??pendre de la cadre de r??ference. Par exemple, un passager assis dans un avion ne se d??place a z??ro ??nergie cin??tique par rapport ?? l'avion, mais non nulle d'??nergie cin??tique par rapport ?? la terre.

Histoire

Thomas Young - le premier ?? utiliser le terme ????nergie?? au sens moderne.

Le concept d'??nergie a ??merg?? l'id??e de vis viva, qui Leibniz d??fini comme le produit de la masse d'un objet et son carr?? de la vitesse; il croyait que totale vis viva ??tait conserv??e. Pour tenir compte de ralentissement due ?? la friction, Leibniz a affirm?? que la chaleur se composait du mouvement al??atoire des ??l??ments constitutifs de la mati??re - une opinion partag??e par Isaac Newton , mais il serait plus d'un si??cle jusqu'?? ce que cela a ??t?? g??n??ralement admis. En 1807, Thomas Young a ??t?? le premier ?? utiliser le terme ????nergie??, au lieu de vis viva, dans son sens moderne. Gustave-Gaspard Coriolis d??crit ?? ??nergie cin??tique ??en 1829 dans son sens moderne, et en 1853, William Rankine a invent?? le terme " ??nergie potentielle. "Il a ??t?? soutenu depuis quelques ann??es si l'??nergie ??tait une substance (la calorique) ou simplement une grandeur physique, comme ??lan .

Il a fusionn?? toutes ces lois dans les lois de la thermodynamique , qui ont contribu?? au d??veloppement rapide des explications de processus chimiques utilisant le concept d'??nergie par Rudolf Clausius, Josiah Willard Gibbs et Walther Nernst. Il a ??galement conduit ?? une formulation math??matique du concept de l'entropie par Clausius, et ?? l'introduction de lois de ??nergie rayonnante par Jo??ef Stefan.

Lors d'une conf??rence 1961 pour les ??tudiants de premier cycle ?? la California Institute of Technology, Richard Feynman , un professeur de physique et c??l??bre Laur??at du prix Nobel, a dit ceci ?? propos du concept de l'??nergie:

Depuis 1918, il a ??t?? connu que la loi de conservation de l'??nergie est la cons??quence directe de la math??matique sym??trie de translation de la quantit?? conjugu?? ?? l'??nergie, ?? savoir le temps . Ce est, l'??nergie est conserv??e parce que les lois de la physique ne distinguent pas entre les diff??rents moments de temps (voir Th??or??me de Noether).

??nergie dans divers contextes depuis le d??but de l'univers

Le concept d'??nergie et ses transformations est utile pour expliquer et pr??voir la plupart des ph??nom??nes naturels. La direction de transformations dans l'??nergie (ce type d'??nergie est transform?? en ce autre type) est souvent d??crite par l'entropie (??nergie ??gale r??partie entre tous disponibles degr??s de libert??) consid??rations, puisque dans la pratique toutes les transformations d'??nergie sont autoris??s sur une petite ??chelle, mais certaines transformations plus importantes ne sont pas autoris??s, car il est statistiquement peu probable que l'??nergie ou la mati??re se d??place au hasard en des formes plus concentr??es ou les petits espaces.

Le concept d'??nergie est souvent utilis?? dans tous les domaines de la science.

Dans la chimie , les diff??rences d'??nergie entre substances ?? d??terminer si, et dans quelle mesure, ils peuvent ??tre convertis en d'autres substances ou r??agissent avec d'autres substances.

Dans la biologie , des liaisons chimiques sont rompues et recompos??es cours processus m??taboliques, et les changements associ??s ?? l'??nergie disponibles sont ??tudi??s dans le sous-champ de bio??nerg??tique. L'??nergie est souvent stock??es par les cellules sous la forme de substances telles que des hydrates de carbone (y compris des mol??cules de sucres) et des lipides , qui lib??rent de l'??nergie lors de la r??action avec l'oxyg??ne .

En la g??ologie et la m??t??orologie, d??rive des continents, des cha??nes de montagnes , volcans et les tremblements de terre sont des ph??nom??nes qui peuvent ??tre expliqu??s en termes de transformations d'??nergie dans l'int??rieur de la Terre. Alors que les ph??nom??nes m??t??orologiques comme le vent , la pluie , la gr??le, la neige , foudre, tornades et ouragans , sont tous ?? la suite de transformations d'??nergie engendr??es par l'??nergie solaire sur la plan??te Terre.

Dans la cosmologie et de l'astronomie les ph??nom??nes de ??toiles , nova, supernova , quasars et sursauts gamma sont les plus ??lev??s sortie de l'univers transformations de l'??nergie de la mati??re. Tous ph??nom??nes stellaires (y compris l'activit?? solaire) sont entra??n??s par divers types de transformations d'??nergie. L'??nergie dans ces transformations est soit de l'effondrement gravitationnel de la mati??re (d'hydrog??ne mol??culaire habituellement) dans diff??rentes classes d'objets astronomiques (??toiles, trous noirs, etc.), ou ?? partir de la fusion nucl??aire (d'??l??ments plus l??gers, principalement de l'hydrog??ne).

Transformation de l'??nergie dans l'univers au fil du temps sont caract??ris??es par diff??rents types d'??nergie potentielle qui est disponible depuis le Big Bang , la suite ??tant "sorti" (transform?? ?? des types plus actifs d'??nergie telles que l'??nergie cin??tique ou rayonnante), quand un m??canisme de d??clenchement est disponible.

Des exemples familiers de ces processus comprennent d??sint??gration nucl??aire, dans lequel l'??nergie est lib??r??e qui a ??t?? ?? l'origine "stock??" en isotopes lourds (tels que l'uranium et le thorium ), par nucl??osynth??se, un proc??d?? qui utilise finalement l'??nergie potentielle gravitationnelle lib??r??e de l'effondrement gravitationnel d'supernovae, pour stocker l'??nergie dans la cr??ation de ces ??l??ments lourds avant qu'ils ont ??t?? int??gr??s dans le syst??me solaire et la Terre. Cette ??nergie est d??clench?? et lib??r?? dans le nucl??aire bombes de fission. Dans un processus plus lent, la chaleur de d??sint??gration nucl??aire de ces atomes dans le noyau de la Terre lib??re de la chaleur, ce qui peut soulever des montagnes, par l'interm??diaire orogen??se. Cette lev??e lente repr??sente une sorte de stockage d'??nergie potentielle gravitationnelle de l'??nergie thermique, qui peut ??tre lib??r?? en ??nergie cin??tique actif dans des glissements de terrain, apr??s un ??v??nement d??clencheur. Les tremblements de terre lib??rent ??galement stock??s ??nergie potentielle ??lastique dans les roches, un magasin qui a ??t?? produit en fin de compte ?? partir des m??mes sources de chaleur radioactives. Ainsi, selon la compr??hension actuelle, les ??v??nements familiers tels que les glissements de terrain et les tremblements de terre lib??rent de l'??nergie qui a ??t?? stock??e sous forme d'??nergie potentielle dans le champ gravitationnel Terre ou d??formation ??lastique (??nergie potentielle m??canique) dans les roches; mais avant cela, repr??sente l'??nergie qui a ??t?? stock??e dans des atomes lourds depuis l'effondrement de longues ??toiles d??truite cr???? ces atomes.

Dans une autre cha??ne similaire de transformations commen??ant ?? l'aube de l'univers, la fusion nucl??aire de l'hydrog??ne dans le Sun publie un autre magasin d'??nergie potentielle qui a ??t?? cr???? au moment de la Big Bang . A cette ??poque, selon la th??orie, l'espace ??largi et l'univers refroidi trop rapidement pour que l'hydrog??ne compl??tement fusible en ??l??ments plus lourds. Cela signifiait que l'hydrog??ne repr??sente un magasin d'??nergie potentielle qui peut ??tre lib??r?? par fusion. Un tel proc??d?? de fusion est d??clench??e par la chaleur et la pression g??n??r??es par effondrement gravitationnel de nuages d'hydrog??ne lorsqu'ils produisent ??toiles et une partie de l'??nergie de fusion est ensuite transform??e en lumi??re du soleil. Cette lumi??re du soleil de notre Soleil peut ?? nouveau ??tre stock??e sous forme d'??nergie potentielle gravitationnelle apr??s frappe la Terre, comme (par exemple) l'eau se ??vapore des oc??ans et se d??pose sur des montagnes (o??, apr??s avoir ??t?? lib??r?? ?? un barrage hydro??lectrique, il peut ??tre utilis?? pour conduire turbines / g??n??rateurs pour produire de l'??lectricit??). Lumi??re du soleil entra??ne ??galement tous les ph??nom??nes m??t??orologiques, y compris des ??v??nements tels que ceux d??clench??s dans un ouragan, lorsque de grandes r??gions instables de mer chaude, chauff??e au fil des mois, renoncer ?? une partie de leur ??nergie thermique pour alimenter soudainement quelques jours de circulation de l'air violent. La lumi??re du soleil est ??galement est captur?? par les plantes que l'??nergie chimique potentielle, lorsque le dioxyde de carbone et l'eau sont convertis en une combinaison combustable des glucides, des lipides, et de l'oxyg??ne. Lib??ration de cette ??nergie sous forme de chaleur et de la lumi??re peut ??tre d??clench??e par une ??tincelle soudain, dans un feu de for??t; ou il peut ??tre disponible plus lentement pour les animaux ou le m??tabolisme humain, lorsque ces mol??cules sont ing??r??es, et catabolisme est d??clench??e par l'action enzymatique. Gr??ce ?? toutes ces cha??nes de tranformation, l'??nergie potentielle stock??e au moment du Big Bang est lib??r?? par les ??v??nements interm??diaires, parfois ??tant stock?? dans un certain nombre de fa??ons au fil du temps entre les versions, que l'??nergie plus active. Dans tous ces ??v??nements, un type d'??nergie est convertie ?? d'autres types d'??nergie, y compris la chaleur.

En ce qui concerne les applications de la notion d'??nergie

L'??nergie est soumise ?? un strict loi globale de conservation; ce est-?? chaque fois une mesure (ou) calcule l'??nergie totale d'un syst??me de particules dont les interactions ne d??pend pas explicitement du temps, on constate que l'??nergie totale du syst??me reste toujours constante.

• L'??nergie totale d'un syst??me peut ??tre subdivis??e et class?? de diverses mani??res. Par exemple, il est parfois commode de distinguer l'??nergie potentielle (qui est une fonction de coordonn??es seulement) de l'??nergie cin??tique (qui est une fonction du temps coordonner d??riv??s seulement). Il peut ??galement ??tre commode de distinguer l'??nergie gravitationnelle, ??nergie ??lectrique, l'??nergie thermique, et d'autres formes. Ces classifications se chevauchent; par exemple, l'??nergie thermique est g??n??ralement constitu?? partie de cin??tique et d'??nergie potentielle partie.
• Le transfert d'??nergie peut prendre diverses formes; des exemples familiers comprennent des travaux, flux de chaleur, et l'advection, tel que discut?? ci-dessous .
• Le mot ????nergie?? est ??galement utilis?? en dehors de la physique ?? bien des ??gards, ce qui peut conduire ?? l'ambigu??t?? et l'incoh??rence. La terminologie vernaculaire ne est pas conforme ?? la terminologie technique. Par exemple, l'annonce de service public important, "Se il vous pla??t conserver l'??nergie" utilise notions vernaculaires de ??conservation?? et ????nergie?? qui font sens dans leur propre contexte, mais sont tout ?? fait incompatibles avec les notions techniques de ??conservation?? et ????nergie?? ( tels que ceux utilis??s dans la loi de conservation de l'??nergie).

En l'??nergie de la physique classique est consid??r?? comme une quantit?? scalaire, le conjugu?? canonique temps . Dans la relativit?? restreinte d'??nergie est ??galement un scalaire (mais pas un Lorentz scalaire mais une composante de temps de la ??nergie-impulsion 4-vecteur). En d'autres termes, l'??nergie est invariant par rapport aux rotations de l'espace, mais pas invariant par rapport aux rotations de espace-temps (= boosts).

Le transfert d'??nergie

Parce que l'??nergie est strictement conserv?? et est ??galement conserv??e localement (o?? il peut ??tre d??fini), il est important de se rappeler que, par d??finition, de l'??nergie le transfert d'??nergie entre le ??syst??me?? et les r??gions adjacentes est le travail. Un exemple bien connu est le travail m??canique . Dans les cas simples, cela se ??crit:

(1)

si il n'y a pas d'autres processus de transfert d'??nergie impliqu??s. Ici est la quantit?? d'??nergie transf??r??e, et repr??sente le travail effectu?? sur le syst??me.

Plus g??n??ralement, le transfert d'??nergie peut ??tre divis??e en deux cat??gories:

(2)

o?? repr??sente le flux de chaleur dans le syst??me.

Il ya d'autres fa??ons dont un syst??me ouvert peut gagner ou perdre de l'??nergie. Si la masse est compt?? comme l'??nergie (comme dans de nombreux probl??mes relativistes), puis doit contenir un terme pour la masse perdue ou gagn??e. Dans les syst??mes chimiques, l'??nergie peut ??tre ajout?? ?? un syst??me au moyen de l'ajout de substances ayant diff??rents potentiels chimiques, ce qui les potentiels sont ensuite extraites (ces deux processus sont illustr??s en alimentant une automobile, un syst??me qui gagne en ??nergie ainsi, sans addition de navigateur travail ou de chaleur). L'enroulement d'une horloge serait ajouter de l'??nergie ?? un syst??me m??canique. Ces termes peuvent ??tre ajout??s ?? l'??quation ci-dessus, ou ils peuvent g??n??ralement ??tre regroup??s en une quantit?? appel??e "dur??e d'addition d'??nergie "Qui se r??f??re ?? ne importe quel type d'??nergie effectu??e sur la surface d'un volume du volume de commande ou du syst??me. Des exemples peuvent ??tre consid??r??s ci-dessus, et bien d'autres peuvent ??tre envisag??es (par exemple, l'??nergie d'un courant de particules cin??tique entr??e d'un syst??me, ou de l'??nergie ?? partir d'un faisceau laser ajoute ?? l'??nergie du syst??me, sans que ni ??tant soit au travail fait ou ?? la chaleur ajout??e, dans les sens classique).

(3)

O?? E dans cette ??quation g??n??rale repr??sente d'autres termes d'??nergie advect??e suppl??mentaires ne sont pas couverts par le travail fait sur un syst??me, ou de la chaleur ajout??e.

L'??nergie est ??galement transf??r?? de l'??nergie potentielle ( ) ?? ??nergie cin??tique ( ), Puis de nouveau en ??nergie potentielle en permanence. Ceci est d??sign?? sous le nom de conservation de l'??nergie. Dans ce syst??me ferm??, l'??nergie ne peut pas ??tre cr????e ou d??truite, de sorte que l'??nergie initiale et finale de l'??nergie sera ??gale ?? l'autre. Ceci peut ??tre d??montr?? de la mani??re suivante:

L'??quation peut alors ??tre simplifi??e davantage depuis (Temps d'acc??l??ration de masse en raison de temps de gravit?? de la hauteur) et (Fois et demie la masse fois la vitesse au carr??). Ensuite, la quantit?? totale d'??nergie peut ??tre calcul??e en additionnant .

L'??nergie et les lois du mouvement

........................................ Jjj

Le hamiltonien

L'??nergie totale d'un syst??me est parfois appel?? le Hamiltonien, apr??s William Rowan Hamilton. Les ??quations classiques du mouvement peuvent ??tre ??crits en termes de l'hamiltonien, m??me pour des syst??mes tr??s complexes ou abstraits. Ces ??quations classiques analogues ont remarquablement directs en m??canique quantique non relativiste.

Le lagrangien

Un autre concept li?? ?? l'??nergie est appel?? Lagrange, apr??s Joseph Louis Lagrange . Ce est encore plus fondamental que l'hamiltonien, et peut ??tre utilis?? pour d??river les ??quations du mouvement. En physique non relativiste, le lagrangien est l'??nergie cin??tique moins d'??nergie potentielle.

Habituellement, le formalisme de Lagrange est math??matiquement plus pratique que l'hamiltonien pour les syst??mes non-conservatrices (comme les syst??mes avec le frottement).

L'??nergie et de la thermodynamique

L'??nergie interne

L'??nergie interne - la somme de toutes les formes microscopiques d'??nergie d'un syst??me. Elle est li??e ?? la structure mol??culaire et le degr?? d'activit?? mol??culaire et peut ??tre consid??r??e comme la somme des ??nergies cin??tiques et potentielles des mol??cules; il comprend les types d'??nergie suivants:

Les lois de la thermodynamique

Selon la seconde loi de la thermodynamique , le travail peut ??tre totalement convertie en chaleur , mais pas vice versa.This est une cons??quence math??matique de la m??canique statistique . La premi??re loi de la thermodynamique affirme simplement que l'??nergie est conserv??e, et que le chauffage est inclus comme une forme de transfert d'??nergie. Un corollaire couramment utilis?? de la premi??re loi, ce est que pour un sujet ??syst??me?? seulement des forces de pression et de transfert de chaleur (par exemple un cylindre plein de gaz), le changement diff??rentiel de l'??nergie du syst??me (?? un gain en ??nergie signifi?? par une quantit?? positive) est donn??e par:

,

o?? le premier terme ?? droite est le transfert de chaleur dans le syst??me, d??finie en termes de temp??rature T et entropie S (dans laquelle l'entropie augmente et le changement d S est positif lorsque le syst??me est chauff??); et le dernier terme sur le c??t?? droit est identifi?? comme ??travail?? accompli sur le syst??me, o?? la pression est P et le volume V (les r??sultats de signe n??gatif car la compression du syst??me est n??cessaire de faire un travail sur elle, de sorte que le changement de volume d V est n??gatif lorsque le travail est effectu?? sur le syst??me). Bien que cette ??quation est l'exemple type de texte livre de conservation de l'??nergie dans la thermodynamique classique, il est tr??s sp??cifique, en ignorant tous les produits chimiques, ??lectriques, nucl??aires, et les forces gravitationnelles, des effets tels que advection de toute forme d'??nergie autre que la chaleur, et parce qu'il contient un terme qui d??pend de la temp??rature. La d??claration la plus g??n??rale de la premi??re loi - ce est ?? dire la conservation de l'??nergie - est valable m??me dans les situations o?? la temp??rature est ind??finissable.

??nergie est parfois exprim??e comme suit:

,

qui ne est pas satisfaisant car il ne peut exister aucune fonction d'??tat thermodynamiques W ou Q qui soient significatifs sur le c??t?? droit de cette ??quation, sauf peut-??tre dans les cas triviaux.

??quipartition de l'??nergie

L'??nergie d'une m??canique oscillateur harmonique (une masse sur un ressort) est alternativement cin??tique et potentiel. A deux points de l'oscillation cycle, il est enti??rement cin??tique, et alternativement dans deux autres points, il est tout ?? fait possible. Au cours de l'ensemble du cycle, ou sur de nombreux cycles ??nergie nette est donc ??galement r??parti entre cin??tique et potentielle. Cela se appelle principe d'??quipartition - ??nergie totale d'un syst??me avec de nombreux degr??s de libert?? est ??galement partag?? entre tous ces degr??s de libert??.

Ce principe est d'une importance vitale pour comprendre le comportement d'une quantit?? ??troitement li??s ?? l'??nergie, appel??e entropie . L'entropie est une mesure de la plan??it?? d'une r??partition de l'??nergie entre des parties d'un syst??me. Ce concept est ??galement li??e ?? la seconde loi de la thermodynamique qui stipule essentiellement que lorsque un syst??me isol?? est donn??e plus de degr??s de libert?? (= nouvelle est donn??e disponible ??tats d'??nergie qui sont les m??mes que les ??tats existants), puis l'??nergie se propage sur tous les degr??s disponibles, sans distinction entre ??nouveaux?? et ??anciens?? degr??s.

Oscillateurs, phonons, et photons

Dans un ensemble (de collecte connect??) d'oscillateurs non synchronis??s, l'??nergie moyenne est r??partie ?? parts ??gales entre types cin??tique et potentielle.

Dans un solide, l'??nergie thermique (souvent appel??e de mani??re l??che que la teneur en chaleur) peut ??tre d??crit de fa??on pr??cise par un ensemble de phonons thermiques qui agissent comme des oscillateurs m??caniques. Dans ce mod??le, l'??nergie thermique est ??galement cin??tique et potentielle.

Dans un gaz parfait, le potentiel d'interaction entre les particules est essentiellement la fonction delta qui stocke pas d'??nergie: ainsi, toute l'??nergie thermique est cin??tique.

En raison d'un oscillateur ??lectrique (circuit LC) est analogue ?? un oscillateur m??canique, son ??nergie doit ??tre, en moyenne, ??galement cin??tique et potentielle. Il est tout ?? fait arbitraire si l'??nergie magn??tique est consid??r??e cin??tique et l'??nergie ??lectrique consid??r?? potentiel, ou vice versa. Ce est, soit l'inducteur est analogue ?? la masse tandis que le condensateur est analogue au ressort, ou vice versa.

1. Par extension de la ligne pr??c??dente de la pens??e, dans l'espace libre du champ ??lectromagn??tique peut ??tre consid??r?? comme un ensemble d'oscillateurs, ce qui signifie que l'??nergie de rayonnement peut ??tre consid??r?? ??galement potentielle et cin??tique. Ce mod??le est utile, par exemple, lorsque le lagrangien ??lectromagn??tique est d'un int??r??t primordial et est interpr??t?? en termes d'??nergie potentielle et cin??tique.

1. D'autre part, dans l'??quation cl?? , La contribution est appel?? l'??nergie reste, et toutes les autres contributions ?? l'??nergie sont appel??s ??nergie cin??tique. Pour une particule qui a une masse, ce qui implique que l'??nergie cin??tique est ?? des vitesses beaucoup plus petite que c, que peut ??tre prouv?? par ??crit √ et l'expansion de la racine carr??e d'ordre le plus bas. Par cette ligne de raisonnement, l'??nergie d'un photon est enti??rement cin??tique, parce que le photon est sans masse et n'a pas l'??nergie de repos. Cette expression est utile, par exemple, lorsque la relation ??nergie contre l'??lan est d'un int??r??t primordial.

Les deux analyses sont enti??rement compatibles. Les degr??s ??lectriques et magn??tiques de libert?? dans l'article 1 sont transversales ?? la direction de d??placement, alors que la vitesse est au point 2 le long de la direction du mouvement. Pour les particules non relativistes ces deux notions de potentiel par rapport ?? l'??nergie cin??tique sont num??riquement ??gaux, donc l'ambigu??t?? est inoffensif, mais pas pour les particules relativistes.

Travail et travail virtuel

Le travail est ?? peu pr??s temps de la force ?? distance. Mais, plus pr??cis??ment, il est

Ceci signifie que le travail ( ) Est ??gale ?? l'int??grale (le long d'un certain chemin) de la vigueur ; pour plus de d??tails voir le travail m??canique article.

Travailler et donc de l'??nergie est encadrer d??pendante. Par exemple, envisager une balle ??tant frapp?? par une chauve-souris. Dans la trame du centre de masse de r??f??rence, la chauve-souris ne travaille pas sur la balle. Mais, dans le cadre de la personne maniant la batte de r??f??rence, un travail consid??rable est fait sur le ballon.

M??canique quantique

Dans l'??nergie de la m??canique quantique est d??finie en termes de op??rateur d'??nergie comme une d??riv??e dans le temps de la fonction d'onde. Le ??quation de Schr??dinger ??quivaut op??rateur d'??nergie pour toute l'??nergie d'une particule ou d'un syst??me. Il peut donc ??tre consid??r?? comme une d??finition de la mesure de l'??nergie dans la m??canique quantique. L'??quation de Schr??dinger d??crit l'espace-temps et de la d??pendance fonction d'onde des syst??mes quantiques. La solution de cette ??quation pour le syst??me li?? est discret (un ensemble d'??tats autoris??s, chacune caract??ris??e par une le niveau d'??nergie) qui se traduit par le concept de quanta. Dans la solution de l'??quation de Schr??dinger pour chaque oscillateur (vibreur) et pour ondes ??lectromagn??tiques dans le vide, les ??tats d'??nergie qui en r??sultent sont li??es ?? la fr??quence de l' Planck ??quation (O?? est le La constante de Planck et la fr??quence). Dans le cas des ondes ??lectromagn??tiques ces ??tats d'??nergie sont appel??es quanta de lumi??re ou photons .

Relativit??

Lors du calcul de l'??nergie cin??tique (= travailler pour acc??l??rer une masse de z??ro vitesse ?? une certaine vitesse finie) relativiste - en utilisant Transformations de Lorentz ?? la place de la m??canique newtonienne , Einstein d??couvert inattendue sous-produit de ces calculs comme un terme d'??nergie qui ne dispara??t pas ?? la vitesse z??ro. Il l'a appel?? reposer la masse d'??nergie - l'??nergie dont chaque Messe doit poss??der m??me si ??tant au repos. La quantit?? d'??nergie est directement proportionnelle ?? la masse de corps:

,

o??

m est la masse,

c est la vitesse de la lumi??re dans le vide,

E est l'??nergie de masse reste.

Par exemple, pensez ?? ??lectrons - annihilation de positrons, dans lequel la masse au repos de particules individuelles est d??truite, mais l'??quivalent d'inertie du syst??me de deux particules (son masse invariante) reste (depuis toute l'??nergie est associ??e ?? la masse), et cette inertie et masse invariante est emport??e par les photons qui sont individuellement sans masse, mais comme un syst??me de conserver leur masse. Ce est un processus r??versible - le processus inverse est appel?? cr??ation de paires - dans laquelle la masse au repos de particules est cr???? ?? partir de l'??nergie de deux (ou plusieurs) an??antir photons.

Dans la relativit?? g??n??rale, le tenseur ??nergie sert le terme source pour le champ gravitationnel, par analogie grossi??re ?? la mani??re de masse sert de terme source dans l'approximation newtonienne non relativiste.

Il ne est pas rare d'entendre que l'??nergie est "??quivalent" ?? la messe. Il serait plus exact de dire que toutes les ??nergies a une inertie et la gravit?? ??quivalente, et parce que la masse est une forme d'??nergie, puis a une masse trop inertie et la gravit?? qui lui est associ??e.

Mesures

Il n'y a aucune mesure absolue de l'??nergie, car l'??nergie est d??finie comme le travail qu'un syst??me fait (ou peut faire) sur un autre. Ainsi, seulement de la transition d'un syst??me d'un ??tat ?? un autre peuvent ??tre d??finis et ainsi mesur??es.

M??thodes

Les m??thodes de mesure de l'??nergie d??ploient souvent des m??thodes pour la mesure des concepts encore plus fondamentales de la science, ?? savoir la masse , la distance , rayonnement, la temp??rature , le temps , la charge ??lectrique et courant ??lectrique.

Un Calorim??tre - Un instrument utilis?? par les physiciens pour mesurer l'??nergie

Classiquement la technique la plus souvent utilis??e est la calorim??trie, un thermodynamique technique qui repose sur la mesure de temp??rature en utilisant un thermom??tre ou de l'intensit?? de rayonnement en utilisant un bolom??tre.

Unit??s

Tout au long de l'histoire des sciences, de l'??nergie a ??t?? exprim??e dans plusieurs unit??s diff??rentes telles que ergs et calories. ?? l'heure actuelle, l'unit?? de mesure accept??e de l'??nergie est la Unit?? SI de l'??nergie, le joule.

Formes d'??nergie

La chaleur , une forme d'??nergie, est en partie ??nergie potentielle et en partie de l'??nergie cin??tique .

La m??canique classique distinction entre l'??nergie potentielle, qui est une fonction de la position d'un objet, et l'??nergie cin??tique , qui est fonction de son mouvement . La position et le mouvement sont li??s ?? un cadre de r??f??rence, qui doit ??tre pr??cis??e: ce est souvent (et ?? l'origine) un point fixe quelconque sur la surface de la Terre, le r??f??rentiel terrestre. Certains auteurs introduction tentent de s??parer toutes les formes d'??nergie dans les deux cin??tique ou potentielle: ce ne est pas incorrect, mais elle ne est clair que ce est une r??elle simplification, comme Feynman souligne:

Ces notions d'??nergie potentielle et cin??tique d??pendent d'une notion d'??chelle de longueur. Par exemple, on peut parler du potentiel macroscopique et l'??nergie cin??tique, qui ne comprennent pas le potentiel thermique et ??nergie cin??tique. Aussi ce qu'on appelle ??nergie potentielle chimique (ci-dessous) est une notion macroscopique, et un examen plus attentif montre que ce est vraiment la somme de l'??nergie potentielle et cin??tique sur l'??chelle atomique et subatomique. Des remarques similaires se appliquent ?? l'??nergie nucl??aire "potentiel" et la plupart des autres formes d'??nergie. Cette d??pendance ?? l'??chelle de longueur est non probl??matique si les diff??rentes ??chelles de longueur sont d??coupl??s, comme ce est souvent le cas ... mais la confusion peut survenir lorsque des ??chelles de longueur diff??rentes sont coupl??s, par exemple lorsque le frottement convertit travaux macroscopique en ??nergie thermique microscopique.

??nergie potentielle

??nergie potentielle, symboles E _p, V ou Φ, est d??fini comme le travail fait contre une force donn??e (= travail de force donn??e avec un signe moins) pour changer la position d'un objet par rapport ?? une position de r??f??rence (souvent prises pour ??tre infinie s??paration). Si F est la force de s et est le d??placement,

avec le point repr??sentant le produit scalaire des deux vecteurs .

Le nom de l'??nergie "potentiel" signifiait primitivement l'id??e que l'??nergie pourrait facilement ??tre transf??r??e comme travaux au moins dans un syst??me id??alis?? (processus r??versible, voir ci-dessous). Ce ne est pas tout ?? fait vrai pour tout syst??me r??el, mais est souvent une premi??re approximation raisonnable dans la m??canique classique.

L'??quation g??n??rale ci-dessus peut ??tre simplifi??e en un certain nombre de cas courants, notamment lorsqu'il se agit de gravit?? ou avec des forces ??lastiques .

L'??nergie potentielle gravitationnelle

Le la force de gravit?? ?? proximit?? de la surface de la terre varie tr??s peu avec la hauteur, h, et est ??gale ?? la masse , m, multipli?? par le acc??l??ration de la pesanteur, g = 9,81 m / s??. Dans ces cas, l'??nergie potentielle gravitationnelle est donn??e par

Une expression plus g??n??rale de l'??nergie potentielle due ?? La gravitation newtonienne entre deux corps de masses M ₁ et M _2, utile dans l'astronomie , est

,

o?? r est la distance entre les deux organes et G est le constante gravitationnelle, 6,6742 (10) ?? 10 ^-11 s ^-1 m??kg ^-2. Dans ce cas, le point de r??f??rence est la s??paration infinie des deux corps.

??nergie potentielle ??lastique

Comme une balle tombe librement sous l'influence de la gravit?? , il acc??l??re vers le bas, son initial convertir l'??nergie potentielle en ??nergie cin??tique . Lors de l'impact avec une surface dure, la balle se d??forme, la conversion de l'??nergie cin??tique en ??nergie potentielle ??lastique. Comme la balle rebondit, l'??nergie reconvertit abord en ??nergie cin??tique et que la hauteur balle re-gains en ??nergie potentielle. Les pertes d'??nergie dues ?? in??lastique d??formation et r??sistance de l'air entra??ne chaque rebond successif d'??tre inf??rieure ?? la derni??re.

??nergie potentielle ??lastique est d??fini comme un travail n??cessaire pour compresser (ou d??velopper) un ressort. La force, F, dans un printemps ou tout autre syst??me qui ob??it La loi de Hooke est proportionnelle ?? l'extension ou compression, x,

o?? k est le force constante du ressort notamment (ou syst??me). Dans ce cas, le travail devient calcul??e

.

La loi de Hooke est une bonne approximation pour le comportement des liaisons chimiques dans des conditions normales, ce est ?? dire quand ils ne sont pas bris??s ou form??s.

??nergie cin??tique

L'??nergie cin??tique, symboles _k E, T ou K, est le travail n??cessaire pour acc??l??rer un objet ?? une vitesse donn??e. En effet, le calcul de ce travail un facilement obtient ce qui suit:

?? des vitesses approchant la vitesse de la lumi??re , c, ce travail doit ??tre calcul??e ?? l'aide Transformations de Lorentz, ce qui entra??ne dans la suite:

Cette ??quation se r??duit ?? l'une au-dessus, ?? faible (par rapport ?? c) vitesse. Un math??matique sous-produit de ce travail (qui est imm??diatement vu dans la derni??re ??quation), ce est que m??me au repos une masse a la quantit?? d'??nergie ??gale ??:

Cette ??nergie est donc appel?? reposer ??nergie de masse.

Energie Thermique

La d??finition g??n??rale de l'??nergie thermique, symboles q ou Q, est ??galement probl??matique. Une d??finition pratique pour les petits transferts de chaleur est

o?? C _v est la la capacit?? thermique du syst??me. Cette d??finition va ??chouer si le syst??me subit une la phase de transition, par exemple si la glace est en train de fondre ?? l'eau, comme dans ces cas, le syst??me peut absorber la chaleur sans augmenter sa temp??rature. Dans des syst??mes plus complexes, il est pr??f??rable d'utiliser le concept de ??nergie interne plut??t que celui de l'??nergie thermique (voir ci-dessous l'??nergie chimique ).

Malgr?? les difficult??s th??oriques, la d??finition ci-dessus est utile dans la mesure exp??rimentale de l'??volution de l'??nergie. Dans une grande vari??t?? de situations, il est possible d'utiliser l'??nergie lib??r??e par un syst??me pour ??lever la temp??rature d'un autre objet, par exemple un bain d'eau. Il est ??galement possible de mesurer la quantit?? de ??nergie ??lectrique n??cessaire pour ??lever la temp??rature de l'objet du m??me montant. Le calories a été définie comme la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau de 1 ° C (environ 4,1855 J, même si la définition a changé plus tard), et l'unité thermique britannique a été définie comme l'énergie requise pour chauffer ungallon (Royaume-Uni) d'eau de 1° F (ultérieure fixée comme 1055,06 J).

Energie électrique

Le énergie électrique potentielle de configuration donnée des charges est défini comme le travail qui doit être fait contre la force de Coulomb pour réorganiser les frais de séparation infinie à cette configuration (ou le travail accompli par la force de Coulomb séparant les charges de cette configuration à l'infini). Pour les frais de deux points comme Q ₁ et Q ₂ à une distance r ce travail, et l'énergie potentielle électrique est donc égale à:

où ?? ₀ est la constante électrique d'un vide, 10 ⁷ / 4?? c ₀ ² ou 8,854188 ... × 10 ^-12 F / m. Si la charge est accumulée dans un condensateur (de capacité C ), la configuration de référence est généralement choisi de ne pas être la séparation infini de charges, mais vice-versa - charges à une proximité très proche de l'autre (il ya donc une charge nette nulle sur chaque plaque d'un condensateur). Dans ce cas, le travail et donc l'énergie potentielle électrique devient

Si un le courant ??lectrique passe ?? travers un résistance, l'énergie électrique est convertie en chaleur; si le courant passe à travers un appareil électrique, une partie de l'énergie électrique seront converties en d'autres formes d'énergie (bien que certains seront toujours perdus sous forme de chaleur). La quantité d'énergie électrique en raison d'un courant électrique peut être exprimé dans un certain nombre de façons différentes:

où U est la différence de potentiel électrique (en volts ), Q est la charge (en coulombs), je est le courant (en ampères), t est le temps pendant lequel le courant (en secondes), P est la puissance (en watts) et R est la résistance électrique (en ohms ). Le dernier de ces expressions est important dans la mesure pratique de l'énergie, que la différence de potentiel, la résistance et le temps peuvent tous être mesurée avec une précision considérable.

L'énergie magnétique

Il n'y a pas de différence fondamentale entre l'énergie magnétique et énergie électrique: les deux phénomènes sont liés par les équations de Maxwell . L'énergie potentielle d'un aimant de moment magnétique m dans un champ magnétique B est défini comme le travail de la force magnétique (en fait des magnétique couple) sur le réalignement du vecteur du moment de dipôle magnétique, et est égal:

tandis que l'énergie stockée dans uneinductance (del'inductance L) lorsque le courantIpasse par elle est

.

Cette seconde expression est à la base destockage d'énergie magnétique supraconducteur.

Les champs électromagnétiques

Calcul detravailnécessaire pour créer un champ électrique ou magnétique dans le volume de l'unité (par exemple, dans un condensateur ou un inducteur) résultats dans les champs électriques et magnétiquesdes densités d'énergie:

et

,

en unités SI.

Le rayonnement électromagnétique, tels que les micro-ondes, la lumière visible ou les rayons gamma, représente un flux d'énergie électromagnétique. Appliquant les expressions ci-dessus à des composants magnétiques et électriques de champ électromagnétique à la fois la densité volumétrique et le flux d'énergie dans le domaine e / m peut être calculée. La r??sultante vecteur de Poynting, qui est exprimée en

en unités SI, donne la densité du flux d'énergie et de sa direction.

L'énergie du rayonnement électromagnétique est quantifié (a discrètes des niveaux d'énergie). L'espacement entre ces niveaux est égal à

où h est la constante de Planck, 6.6260693 (11) x 10 ^-34 Js, et ?? est la fréquence du rayonnement. Cette quantité d'énergie électromagnétique est généralement appelé un photon. Les photons qui composent la lumière visible ont des énergies de 270 à 520 yJ, l'équivalent de 160 à 310 kJ / mol, la force de faibles liaisons chimiques .

L'??nergie chimique

L'énergie chimique est l'énergie due à des associations d'atomes dans les molécules et de divers autres types d'agrégats de matière . Il peut être défini comme un travail effectué par les forces électriques lors de ré-agencement des charges électriques, les électrons et les protons, dans le processus d'agrégation. Si l'énergie chimique d'un système diminue au cours d'une réaction chimique, elle est transférée à l'environnement dans une certaine forme d'énergie (souvent thermique ); d'autre part, si l'énergie chimique d'un système augmente à la suite d'une réaction chimique - il est en convertissant une autre forme d'énergie à partir de l'environnement. Par exemple,

lorsque deuxhydrogèneatomes réagissent pour former une molécule de dihydrogène, l'énergie chimiquediminuepar 724 zJ (l'énergie d'adhérence de la liaison H-H);

quand l'électron est complètement supprimé d'un atome d'hydrogène, formant un ion d'hydrogène (en phase gazeuse), l'énergie chimiqueaugmentede 2,18 aJ (led'énergie d'ionisation de l'hydrogène).

Il est fréquent de citer les changements dans l'énergie chimique pour unemole de la substance en question: valeurs typiques pour le changement dans l'énergie chimique molaire au cours d'une gamme de réaction chimique de quelques dizaines à des centaines de kJ / mol.

L'énergie chimique telle que définie ci-dessus est également désigné par les chimistes que l' énergie interne, U : techniquement, elle est mesurée par le maintien du volume de la constante du système. Cependant, la chimie la plus pratique est effectuée à pression constante et, si les changements de volume au cours de la réaction (par exemple, un gaz se dégage), une correction doivent être appliquées pour tenir compte du travail effectué par ou sur l'atmosphère d'obtenir l' enthalpie , H :

??H= ??U+p??V

Une deuxième correction, pour le changement del'entropie,S, doit également être effectuée pour déterminer si une réaction chimique aura lieu ou non, donnant l'énergie libre de Gibbs,G:

??G?? =H-T??S

Ces corrections sont parfois négligeable, mais pas souvent (en particulier dans les réactions impliquant des gaz).

Depuis la révolution industrielle , la combustion du charbon , du pétrole, du gaz naturel ou des produits dérivés d'eux a eu une transformation sociale importante de l'énergie chimique en d'autres formes d'énergie. l'énergie "consommation" (il faut vraiment parler de «transformation de l'énergie») d'une société ou d'un pays est souvent cité en référence à l'énergie moyenne dégagée par la combustion de ces combustibles fossiles :

1 tonne équivalent charbon (TCE) = 29 GJ

1 tonne d'équivalent pétrole (tep) = 41,87 GJ

Sur la même base, un réservoir plein d' essence (45 litres, 12 gallons) est équivalent à environ 1,6 GJ d'énergie chimique. Une autre unité de mesure de l'énergie basée chimiquement est la "tonne de TNT ", pris comme 4.184 GJ. Par conséquent, la combustion d'une tonne de pétrole de presse sur dix fois autant d'énergie que l'explosion d'une tonne de TNT: heureusement, l'énergie est généralement libéré de façon plus lente, plus contrôlée.

Des exemples simples de l'énergie chimique des piles et de la nourriture. Lorsque vous mangez la nourriture est digérée et transformée en énergie chimique qui peut être transformée en énergie cinétique.

??nergie nucl??aire

Énergie potentielle nucléaire , avec l'énergie potentielle électrique, fournit l'énergie libérée par la fission nucléaire et des processus de fusion nucléaire. Le résultat de ces deux processus sont des noyaux dans laquelle les forces nucléaires fortes lient particules nucléaires plus fortement et étroitement. forces nucléaires faibles (différents de forces puissantes) fournir l'énergie potentielle pour certains types de désintégration radioactive, tels que d??sint??gration b??ta. L'énergie libérée dans les processus nucléaires est si grand que le changement de la masse relativiste (après que l'énergie a été supprimée) peut être autant que plusieurs parties pour mille.

Particules nucléaires ( nucléons) comme les protons et les neutrons sont pas détruits (loi de conservation de nombre baryonique) dans les processus de fission et de fusion. Quelques particules plus légères peuvent être créés ou détruits (exemple: bêta moins et bêta plus décroissance, ou la capture d'électrons décroissance), mais ces processus mineures sont pas importants pour la libération immédiate de l'énergie dans la fission et la fusion. Plutôt, fission et fusion libèrent de l'énergie lorsque les collections de baryons deviennent plus étroitement liés, et il est l'énergie associée à une fraction de la masse des nucléons (mais pas l'ensemble des particules) qui apparaît comme la chaleur et le rayonnement électromagnétique généré par les réactions nucléaires . Cette chaleur et le rayonnement conserve la masse "disparus", mais la masse est manquant seulement parce qu'il échappe sous forme de chaleur et de lumière, qui conservent la masse et la conduite hors du système où il ne se mesure pas. L'énergie du Soleil , appelée aussi l'énergie solaire , est un exemple de cette forme de conversion de l'énergie. Dans le Sun , le processus de fusion de l'hydrogène convertit environ 4 millions de tonnes de matière solaire par seconde en lumière, qui est rayonnée dans l'espace, mais au cours de ce processus, le nombre de protons et de neutrons totaux dans le soleil ne change pas. Dans ce système, la lumière elle-même conserve l'équivalent d'inertie de cette masse, et en fait la masse elle-même (en tant que système), ce qui représente 4 millions de tonnes par seconde d'un rayonnement électromagnétique, se déplaçant dans l'espace. Chacun des noyaux d'hélium qui sont formés dans le processus sont moins massives que les quatre protons à partir, ils ont été formés, mais (avec une bonne approximation), pas de particules ou atomes sont détruits dans le processus de transformation de l'énergie potentielle nucléaire du soleil en lumière.

L'énergie de surface

Si il existe une sorte de tension dans une surface, telle qu'une feuille étirée d'interfaces de caoutchouc ou de matière, il est possible de définir l'énergie de surface . En particulier, toute réunion de matériaux différents qui ne se mélangent pas se traduira par une sorte de tension de surface , si là est la liberté pour les surfaces de naviguer ensuite, comme on le voit dans les surfaces capillaires par exemple, l'énergie minimale sera comme d'habitude être recherchée.

Un surface minimale, par exemple, représente la plus faible énergie possible que peut avoir une surface si son énergie est proportionnelle à l'aire de la surface. Pour cette raison, (ouverts) des films de savon de petite taille sont des surfaces minimales (petite taille réduit les effets de la pesanteur, et l'ouverture empêche la pression de mise en place. Notez qu'une bulle est une surface minimale d'énergie, mais pas une surface minimale par définition).

Transformations de l'énergie

Une forme d'énergie peut souvent être facilement transformé en un autre à l'aide d'un device- par exemple, une batterie, de l'énergie chimique en énergie électrique; un barrage : l'énergie potentielle gravitationnelle à énergie cinétique de déplacer l'eau (et les pales d'une turbine) et, finalement, de l'énergie électrique au moyen d'un générateur électrique. De même, dans le cas d'une explosion de produits chimiques, énergie chimique potentielle est transformée en énergie cinétique et de l'énergie thermique en un temps très court. Encore un autre exemple est celui d'un pendule. Lors de ses points les plus élevés de la énergie cinétique est nulle et l' énergie potentielle gravitationnelle est au maximum. À son point le plus bas de la énergie cinétique est au maximum et est égal à la diminution de l'énergie potentielle. Si un (irréaliste) suppose qu'il n'y a pas de friction, la conversion d'énergie entre ces processus est parfait, et la pendule continuera balançant toujours.

L'énergie peut être convertie en la matière et vice versa. Le formule d'équivalence masse-énergie E = mc ², dérivé indépendamment par Albert Einstein et Henri Poincaré, quantifie la relation entre la masse et le repos de l'énergie. Depuis est très importante par rapport à des échelles humains ordinaires, la conversion de masse à d'autres formes d'énergie peut libérer des quantités énormes d'énergie, comme on peut le voir dans les réacteurs nucléaires et les armes nucléaires. Inversement, l'équivalent en masse d'une unité d'énergie est minime, ce qui explique pourquoi une perte d'énergie de la plupart des systèmes est difficile à mesurer en poids, à moins que la perte d'énergie est très grande. Des exemples de transformation de l'énergie en matière (particules) se trouvent en haute énergie physique nucléaire .

Dans la nature, les transformations d'énergie peuvent être fondamentalement classés en deux types: ceux qui sont thermodynamique réversible, et ceux qui sont thermodynamiquement . irréversible Un processus réversible en thermodynamique est celui dans lequel aucune énergie est dissipée dans les états quantiques vides disponibles dans un volume, à partir de laquelle il ne peut pas être récupéré dans des formes plus concentrées (moins d'états quantiques), sans dégradation de encore plus d'énergie. Un processus réversible est celui dans lequel ce genre de dissipation ne se produise pas. Par exemple, la conversion de l'énergie d'un type de champ de potentiel à l'autre, est réversible, comme dans le système pendulaire décrit ci-dessus. Dans les processus où la température est, toutefois, les États quantiques de plus basse énergie, présent comme exitations possibles dans les domaines entre les atomes, agissent comme un réservoir pour une partie de l'énergie, d'où il ne peut pas être récupéré, afin d'être converti avec 100% d'efficacité dans d'autres formes d'énergie. Dans ce cas, l'énergie doit en partie rester sous forme de chaleur, et ne peut pas être complètement récupéré comme énergie utilisable, sauf au prix d'une augmentation de quelque autre genre d'augmentation de la chaleur comme dans le désordre dans les états quantiques, dans l'univers (comme un l'expansion de la matière, ou d'une randomisation dans un cristal).

Comme l'univers évolue dans le temps, de plus en plus de son énergie se retrouve piégé dans les Etats irréversibles (par exemple, sous forme de chaleur ou d'autres types d'augmentations en désordre). Cela a été désigné comme l'inévitable thermodynamique mort thermique de l'univers. Dans ce chauffer la mort de l'énergie de l'univers ne change pas, mais la fraction d'énergie qui est disponible pour faire un travail, ou être transformé en d'autres formes d'énergie utilisables, croît moins et moins.

Loi de la conservation de l'énergie

L'énergie est soumis à la loi de conservation de l'énergie . Selon cette loi, l'énergie peut être ni créée (produit), ni lui-même détruit. Elle ne peut être transformée.

La plupart des types d'énergie (avec l'énergie gravitationnelle étant une exception notable) sont également soumis à des lois strictes de conservation locales, aussi bien. Dans ce cas, l'énergie ne peut être échangé entre des régions adjacentes de l'espace, et de tous les observateurs d'accord quant à la densité volumétrique de l'énergie dans un espace donné. Il ya aussi une loi globale de conservation de l'énergie, indiquant que l'énergie totale de l'univers ne peut pas changer; Ceci est un corollaire de la loi locale, mais pas vice versa. conservation de l'énergie est la conséquence mathématique de symétrie de translation du temps (qui est, le indiscernabilité des intervalles de temps prises à des moments différents) - voir Th??or??me de Noether.

Selon la loi de conservation de l'énergie l'afflux total de l'énergie dans un système doit être égal au débit total de l'énergie du système, plus la variation de l'énergie contenue dans le système.

Cette loi est un principe fondamental de la physique. Il r??sulte de ce symétrie de translation du temps , une propriété de la plupart des phénomènes dessous de l'échelle cosmique qui les rend indépendants de leurs emplacements sur le temps de coordonner. Autrement dit, hier, aujourd'hui et demain sont physiquement indiscernables.

Ainsi parce que l'énergie est la quantité qui est conjugué canonique en temps, il est impossible de définir le montant exact de l'énergie dans un intervalle de temps défini - ce qui rend impossible l'application de la loi de conservation de l'énergie. Cela ne doit pas être considérée comme une «violation» de la loi. Nous savons que la loi est toujours valable, car une succession de courtes périodes de temps ne accumuler toute violation de la conservation de l'énergie.

Dans la mécanique quantique l'énergie est exprimée en utilisant l'hamiltonien opérateur. Sur des échelles de temps, l'incertitude sur l'énergie est par

qui est semblable dans la forme à la Heisenbergprincipe d'incertitude (mais pas vraiment mathématiquement équivalente à celle-ci, puisqueHettne sont pas dynamiquement les variables conjuguées, ni classique, ni dans la mécanique quantique).

Enphysique des particules, cette inégalité permet une compréhension qualitative desparticules virtuelles qui portentl'élan, l'échange par lequel et avec de vraies particules, est responsable de la création de tous connusforces fondamentales (plus précisément connue sous le nominteractions fondamentales).photons virtuels (qui sont tout simplement plus bas mécanique quantiqueétat ??????d'énergie dephotons) sont également responsables de l'interaction électrostatique entrecharges électriques(qui se traduit parla loi de Coulomb), pourradiatif désintégration spontanée des états atomiques et nucléaires abandonnées, pour laforce de Casimir, parles forces de Bond van der Waalset quelques autres phénomènes observables.

L'énergie et la vie

Tout organisme vivant repose sur une source d'énergie externe au rayonnement du Soleil dans le cas de plantes vertes; énergie chimique dans une certaine forme dans le cas des animaux à être en mesure de croître et se reproduire. Les quotidiens 1500-2000 calories (6-8 MJ) recommandés pour un adulte humain sont considérés comme une combinaison de molécules d'oxygène et des produits alimentaires, ces derniers étant principalement des glucides et des graisses, dont le glucose (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) et la stéarine (C ₅₇ H ₁₁₀ O ₆ ) sont des exemples pratiques. Les molécules alimentaires sont oxydés en dioxyde de carbone et eau dans les mitochondries

C₆H₁₂O₆+ 6O₂??? 6CO₂+ 6H₂O

C₅₇H₁₁₀O₆+ 81.5O₂??? 57Co₂+ 55H₂O

et une partie de l'énergie est utilisée pour convertirl'ADP enATP

ADP + HPO₄ ^2-??? ATP + H₂O

Le reste de l'énergie chimique en glucides ou les lipides est convertie en chaleur: l'ATP est utilisé comme une sorte de «monnaie de l'énergie", et une partie de l'énergie chimique qu'elle contient lorsqu'elle fendu et a réagi avec de l'eau, est utilisé pour d'autres le métabolisme ( à chaque étape d'une voie métabolique, de l'énergie chimique est convertie en chaleur). Seule une infime partie de l'énergie chimique d'origine est utilisé pour le travail:

gagner de l'énergie cinétique d'un sprinter lors d'un 100 m course: 4 kJ

gagner en énergie potentielle gravitationnelle d'un poids de 150 kg soulevé par 2 mètres: 3KJ

Ration alimentaire quotidienne d'un adulte normal: 6-8 MJ

Il semblerait que les organismes vivants sont remarquablement inefficace (au sens physique) dans leur utilisation de l'énergie qu'ils reçoivent (énergie chimique ou radiothérapie), et il est vrai que la plupart des véritables machines de gérer des rendements plus élevés. Cependant, dans les organismes en croissance de l'énergie qui est convertie en chaleur a une fonction essentielle, car elle permet au tissu organique d'être hautement ordonné en ce qui concerne les molécules il est construit à partir de. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que l'énergie (et de la matière) tend à devenir plus uniformément répartis à travers l'univers: à concentrer l'énergie (ou matière) en un lieu spécifique, il est nécessaire d'étaler une plus grande quantité d'énergie (sous forme de chaleur) à travers le reste de l'univers ("") dans les environs. Organismes plus simples peuvent réaliser des économies d'énergie supérieures à celles plus complexes, mais les organismes complexes peuvent occuper des niches écologiques qui ne sont pas à la disposition de leurs frères plus simples. La conversion d'une partie de l'énergie chimique à la chaleur à chaque étape dans une voie métabolique est la raison physique derrière la pyramide de la biomasse observée dans l'écologie : pour ne prendre que la première étape dans la chaîne alimentaire, de l'estimation de 124,7 p / a de carbone qui est fixé par photosynthèse , 64,3 ug / a (52%) sont utilisés pour le métabolisme des plantes vertes, soit reconverti en dioxyde de carbone et de la chaleur.