Energia

(Soarele este sursa de energie pentru cea mai mare parte a vieții pe pământ. Ca stea, soarele este încălzit la temperaturi înalte prin transformarea energiei de legătură nucleară datorată fuziunii hidrogenului în miezul său. Această energie este în final transmisă în spațiu, în principal sub forma energiei radiante (ușoare).)

În fizică, energia este proprietatea care trebuie transferată unui obiect pentru a obține lucru mecanic sau a încălzi obiectul. Energia este o cantitate conservată; legea conservării energiei afirmă că energia poate fi convertită, dar nu este creată sau distrusă. Unitatea de energie SI este joule, care este energia transferată unui obiect prin lucru mecanic pe o distanță de 1 metru împotriva unei forțe de 1 newton.

Formele comune de energie includ energia cinetică a unui obiect în mișcare, energia potențială stocată de poziția unui obiect într-un câmp de forță (gravitațional, electric sau magnetic), energia elastică stocată prin întinderea obiectelor solide, energia chimică eliberată atunci când arde un combustibil , energia radiantă purtată de lumină și energia termică datorată temperaturii unui obiect.

Masa și energia sunt strâns legate. Datorită echivalenței energie-masă, orice obiect care are masa atunci când este staționar (numită masa de repaus) are de asemenea o cantitate echivalentă de energie a cărei formă se numește energie de repaus (în acel cadru de referință), și orice energie suplimentară (de orice formă) obținută de obiectul de mai sus ca energie de repaus va mări masa totală a obiectului odată cu creșterea energiei sale totale. De exemplu, după încălzirea unui obiect, creșterea acestuia în energie ar putea fi măsurată ca o creștere a masei, cu o scară suficient de sensibilă.

Organismele vii necesită energie disponibilă pentru a rămâne în viață, cum ar fi energia pe care oamenii o primesc de la alimente. Civilizația umană necesită funcționarea energiei, pe care o obține din resurse energetice, cum ar fi combustibilii fosili, combustibilul nuclear sau energia regenerabilă. Procesele climei și ecosistemului Pământului sunt dirijate de energia radiantă a Pământului primită de la Soare și de energia geotermală conținută în pământ.

Istorie

Cuvântul energie derivă din greaca antică: ἐνέργεια, translit. energeia, lit. „activitate, operație”, care pare că a apărut pentru prima dată în lucrarea lui Aristotel în secolul al IV-lea î.e.n. Spre deosebire de definiția modernă, energia a fost un concept filosofic calitativ, suficient de larg pentru a include idei precum fericirea și plăcerea.

La sfârșitul secolului al XVII-lea, Gottfried Leibniz a propus ideea latină: vis viva, sau forță vie, care a fost definită ca produsul masei unui obiect și viteza sa pătrată; el credea că vis viva totală este conservată. Pentru a explica încetinirea din cauza fricțiunii, Leibniz a susținut că energia termică constă în mișcarea aleatorie a părților constitutive ale materiei, deși ar trecut mai mult de un secol până când acest lucru a fost acceptat în general. Analogul modern al acestei proprietăți, energia cinetică, diferă de vis viva doar cu un factor.

În 1807, Thomas Young a fost primul care a folosit termenul „energie” în loc de vis viva, în sensul său modern. Gustave-Gaspard Coriolis a descris „energia cinetică” în 1829 în sensul său modern, iar în 1853 William Rankine a inventat termenul „energie potențială”. Legea conservării energiei a fost, de asemenea, inițial postulată la începutul secolului al XIX-lea și se aplică oricărui sistem izolat. S-a discutat timp de mai mulți ani căldura, dacă este o substanță fizică, numită calorică, sau doar o cantitate fizică, cum ar fi impulsul. În 1845, James Prescott Joule a descoperit legătura dintre lucrul mecanic și generarea de căldură.

Aceste evoluții au condus la teoria conservării energiei, formalizată în mare măsură de William Thomson (Lordul Kelvin) ca domeniu al termodinamicii. Termodinamica a ajutat la dezvoltarea rapidă a explicațiilor proceselor chimice de către Rudolf Clausius, Josiah Willard Gibbs și Walther Nernst. De asemenea, a condus la formularea matematică a conceptului de entropie de către Clausius și la introducerea legilor energiei radiante de către Jožef Stefan. Potrivit teoriei lui Noether, conservarea energiei este o consecință a faptului că legile fizicii nu se schimbă în timp. Astfel, începând cu anul 1918, teoreticienii au înțeles că legea conservării energiei este consecința matematică directă a simetriei translaționale a cantității conjugate cu energia, și anume timpul.