Energia

L’energiaes unagrandor fisicacaracteristica d'unsistèma fisicquegarda la meteissa valordins lo corrent de totei lei transformacions intèrnas d'aqueusistèmae qu'exprimís sa capacitat de modificar l'estat d'autreisistèmas.Sonunitatdins losistèma internacionaues lojoule.Es unagrandorimportanta de lafisicacar permet de descriure lei concèptes detrabalhe decalor.

La nocion modèrna d'energia es apareguda durant lo sắc glexviiamb l'emergéncia de lamecanica newtoniana.N'existís plusors formas diferentas que son nombre pòu variar segon lei disciplinas consideradas. Entre lei pus frequentas, se pòu citar l'energia mecanica,l'energia quimica,l'energia intèrna,l'energia nuclearae l'energia electromagnetica.L'energia es tanben liada a lamassaper la relacion famosa descubèrta perAlbert Einstein:E=mc².

En mai daujoule,d'autreis unitats d'energia pòdon èsser utilizadas. L'electronvoltes ansin d'usatge frequent enfisica dei particulascar es ben adaptat ai calculs presents dins aquela disciplina. Dins certanei tèxtes ancians, se pòu tanben veire lacaloriae laquilocaloria.Desenant dicha « caloria », es encara fòrça utilizada enmedecina.

Istòria

La nocion d'energia es apareguda durant l'Antiquitatdins lei trabalhs defilosòfs grècscomaAristòtel(384-322 avC)^[1].Lo tèrme significava « activitat » ò « operacion ». S'escriviáἐνέργειαque foguètlatinizatenenergeia.Pasmens, dins la pensadagrèga antica,èra un concèptefilosofic qualitatiususceptible d'englobar d'idèascoma logaugò loplaser.Èra tanben vista coma una nocion en oposicion amb la « fòrça en poissança » (δύναμις/dýnamis).

La nocion modèrna d'energia foguèt probablament imaginada per lo sabentalemand Gottfried Wilhelm Leibniz(1646-1716) au començament dau sắc glexviidurant lo periòde de mesa en plaça de lamecanica newtoniana.Suggeriguèt l'existéncia d'unavis viva,egala amv²^[2],e descurbiguèt lo principi de la conservacion de l'energia mecanicadins certaneisistèmas fisics^[3].Dins aquò, sei teorias foguèron presas dins de garolhas «nacionalistas» amb lei partisans dei teorias deRené Descartes(1596-1650) enFrançae d'Isaac Newton(1642-1727) enAnglatèrra.Ansin, l'elèitscientificd'aqueleipaísnegligiguèt lei trabalhs deLeibnizdurant plusors decennis. Aquela situacion durèt fins ai trabalhs detraducciond'Émilie du Châtelet(1706-1749) qu'introduguèt lei teorias newtonianas enFrançaen integrant d'apòrts deLeibnizregardant l'energia^[4].De mai, formulèt tornarmai lo principi de laconservacion de l'energia mecanicadins certaneisistèmase establiguèt una diferéncia clara entre l'energia – qu'èra totjorn dich « fòrça viva » – e laquantitat de movement.

La premiera utilizacion dau tèrme energia dins son sens modèrna data probablament de1807.Foguèt l'òbra deThomas Young(1773-1829) durant sei trabalhs sus l'estudi de latension de superficia^[5].Puei, en1829,Gaspard-Gustave de Coriolis(1792-1843) prepau sắc t la premiera descripcion modèrna de l'energia cinetica^[6]^[7].Aqueu trabalh foguèt seguit per la premiera definicion de l'energina potencialadonada perWilliam Rankine(1820-1872) en1853^[8].En parallèl, lo desvolopament de la termodinamica entraïnèt l'emergéncia de questions quant a la natura de lacalore, d'un biais pus generau, dei transferiments termics. Aquò durèt fins a la descubèrta d'un liame entre lotrabalhmecanic e lacaloren1845perJames Prescott Joule(1818-1889), descubèrta majora que permetèt de liar lamecanicae latermodinamica^[9].

Aquela darriera disciplina foguèt un vector major d'avançada dins l'estudi de la nocion d'energia durant la segonda mitat dau sắc glexix.D'efiech, après la formalizacion de la premiera version de laconservacion de l'energiaperlord Kelvin(1824-1907), son aplicacion a laquimiapermetèt de desvolopar d'explicacions energeticas dei procès quimics.Rudolf Clausius(1822-1888),Josiah Willard Gibbs(1839-1903) eWalther Nernst(1864-1941) foguèron leis actors principaus d'aqueu movement^[10]^[11].Aquò menèt tanben a la premiera definicion de l'entropia,perClausius,e ai descubèrtas deJosef Stefan(1835-1893) sus loraionamentdeis objèctes.

Au començament dau sắc glexx,lei trabalhs d'Albert Einstein(1879-1955) sus larelativitattransformèron radicament la concepcion de l'energia. En particular, la relacion famosaE=mc²establiguèt un liame novèu entre lamassae l'energia^[12].En1918,aquelei descubèrtas menèron a la formulacion dauteorèma de Noetherque definís plusors relacions de conservacion. Segon aquelateoria,laconservacion de l'energiaes una consequéncia de l'invariància dei lèis de lafisica^[13].Uei, lei teorias fisicas daumodèl estandard de la fisicaconsidèran donc que laconservacion de l'energiaes una consequénciamatematicadircèta de la simetria de translacion dautempsqu'es la grandor conjugada de l'energia.

Lei formas principalas d'energia

Per de rasons practicas, diferentei formas d'energia son estadas definidas per leisscientifics.D'efiech, dins la màger part dei disciplinas, l'energia aparéis sota de formas relativament aisadas d'identificar. Aqueu fenomèn es un element important car es sovent integrat dins de descripcions ò de modèls coma, per exemple, aqueu de laliason quimica.Pasmens, dins lei fachs, existís unicament una forma d'energia e lei descripcions aicí dessota son donc de simplificacions frequentament utilizadas.

L'energia mecanica

Fotografiad'uncrash-tèst,un exemple de conversion de l'energia cineticaen d'autrei formas d'energia.

Article detalhat:Energia mecanica.

L'energia mecanicaes una quantitat utilizada enmecanica classicaper designar l'energia d'unsistèmaemmagazinada sota forma d'energia cineticae d'energia potenciala.Es una quantitat qu'es conservada en l'abséncia defòrçasnon conservativas aplicadas ausistèma^[14].L'energia mecanica,que despend de lavelocitat,es pas un invariantgalilean:despend daureferenciauchausit per descriure lo movement dausistèma.

L'utilizacion pus frequenta de l'energia mecanicaes loteorèma de l'energia mecanica.Per un còrs pontuau demassamconstanta percorrent un camin anant d'un ponchAa un ponchB,la variacion d'energia mecanicaes egala a la sòma deitrabalhsWdeifòrçasnon conservativas interioras e exterioras que s'exercisson sus aqueu còrs:

\Delta E_{m_{AB}}=E_{m_{B}}-E_{m_{A}}=\sum {W_{F_{_{nc}ext/int}}^{AB}}

Aqueu teorèma se simplifica fòrça en l'abséncia defòrçasnon conservativas. Se fau tanben nòtar que loteorèma de Bernoullies una forma particulara d'aquela relacion.

L'energia quimica

Fotografiad'unareaccion aluminotermica,un exemple dereaccion exotermicautilizada persoudardoas pèçasmetallicas.

Article detalhat:Liame quimic.

L'energia quimicaes la forma d'energia qu'es mesa en jòc dins l'establiment deiliasons quimicas.Lo ròtle d'aquela energia s'ob sắc rva durant leireaccions quimicas.En particular, permet de descriure lo mecanisme reaccionau permetent d'obtenir un produch a partir d'un reactiu. Permet tanben d'explicar lo caractèrendotermicòexotermicd'unareaccion.D'efiech, coma l'establiment d'unaliason quimicanecessita una certana quantitat d'energia, la rompedura e la formacion de liasons durant una reaccion son acompanhadas per de fenomèns d'absorpcion ò de liberacion d'energia.

Ansin, dins lo cas d'unareaccion endotermica,l'energia dei liasons dei produchs de la reaccion es superiora a aquela dei reactius. Per aver luòc, aquela reaccion a donc besonh d'un apòrt exterior d'energia. Dins lei fachs, aquò se tradutz per una consumacion decalorque pòu entraïnar un refrejament marcat dau mitan reaccionau ò de son environament. Dins lo cas d'unareaccion exotermica,es l'efiech opausat qu'es observat. L'energia dei liasons dei produchs es inferiora a aquela dei reactius. L'excès d'energia es donc liberat sota forma decalor.Aqueu fenomèn entraïna una aumentacion de latemperaturadau mitan reaccionau ò de son environament.

La nocion d'energia quimicaes fòrça importanta entermoquimia,la branca eissida de la mescla de laquimiagenerala e de latermodinamica.Domeni fondamentau de la quimia modèrna, estúdia lei cambis d'energia dins lei mitans reaccionaus e permet de descriure e de preveire divèrsei mecanismes reaccionaus.

L'energia intèrna

Article detalhat:Energia intèrna.

L'energia intèrnaUes l'energia contenguda dins unsistèma termodinamic.Es egala a lasomade l'energia cineticade cada entitat elementària demassanon nulla e de totei leisenergias potencialasd'interaccion d'aqueleis entitats. Correspònd donc a l'energia intrin sắc ca dau sistèma au nivèu microscopic. Leis energiascineticaepotencialaobservadas au nivèu macroscopic son excluchas d'aquelagrandor^[15].

En causa de la complexitat deis interaccions entre leis entitats elementàrias d'unsistèma,es impossible de calcular la valor de l'energia intèrnad'un sistèma. En revènge, es possible de mesurar sa variacion qu'es liada ai cambis d'energia, sota forma detrabalhWò decalorQ,entre lo sistèma e lo mitan exterior:

\Delta U=W+Q~

Aquela relacion a de consequéncias importantas entermodinamicacar permet de liar la variacion d'energia intèrnaa degrandorsrelativament aisadas de mesurar coma lovolum,latemperaturae lapression.Permet tanben de l'estacar a d'autrei grandors importantas coma l'entropiaò l'entalpia.Ansin, l'energia intèrnaintervèn dins fòrça modèlstermodinamicse es un element major de lafisicamodèrna.

L'energia nucleara

Article detalhat:Radioactivitat.

Lo tèrme «energia nucleara» a de sens multiples. Enfisica dei particulas,correspònd a l'energia associada a lafòrça de coesiondeinucleons(protonseneutrons) que constituisson lo nuclèu d'unatòm.Lei reaccions nuclearas son lei transformacions dau nuclèu que libèran aquela energia. N'existís plusors tipes diferents coma lafission nuclearae lafusion nucleara.Aquela transformacions son fòrça importantas dins la societat modèrna car son a la basa de mai d'unatecnologiamodèrna dins lei domenis de la produccion d'electricitat,de l'armament ò de l'imatjariá medicala.

L'energia electromagnetica

Article detalhat:Electromagnetisme.

L'energia electromagneticaes l'energia daucamp electromagneticcontengut dins unvolumdonat de l'espaci a un instant donat. Correspònd a la generalizacion dei concèptes d'energia electrostatica,associada a uncamp electric,e d'energia magneticaassociada a uncamp magnetic.D'efiech, se lei camps electric e magnetic d'unaonda electromagneticason indissociables, es possible de tractar formalament lei dos elements d'un biais separat.

Generalament, aquela energia se con sắc rva pas. Es a dire que la variacion d'energia electromagneticadins una region donada es pas egala au flux d'energia que passa a travèrs la superficia delimitant aquela region. En particular, una partida de l'energia pòu èsser transferida ai cargas e ai corrents presents dins aquela region de l'espaci (teorèma de Poynting). Per n'estocar una partida, es necessari de la transformar en una autra forma d'energia. Per exemple, unaccumulator electricpermet de transformar l'energia electrica en energia quimica per la restituir pus tard.

La conservacion de l'energia

Article detalhat:Conservacion de l'energia.

Laconservacion de l'energiaes un principifisicfondamentau qu'estipula que l'energia totala d'unsistèmaisolat es invarianta. Ansin, es pas possible de crear ò de destrurre l'energia. Es unicament possible de realizar de transferiments entre divèrsei formas diferentas d'energia. L'aspècte fondamentau d'aqueu principi es tant centrau dins lafisicamodèrna que leis experiéncias que semblavan pas lo respectar an generalament menat a de descubèrtas importantas. Per exemple, la dificultat d'explicar lo bilanç energetic d'unareaccion nuclearaa entraïnat la descubèrta de l'equivaléncia massa-energia.

Lei transferiments d'energia principaus

Lo trabalh

Article detalhat:Trabalh (fisica).

Lotrabalhd'unafòrçaes l'energia provesida per aquelafòrçaquand son ponch d'aplicacion se desplaça, es a dire quand l'objècte subissent lafòrçase desplaça ò se desforma. Es un transferiment ordonat d'energia entre unsistèmae un mitan exterior. Per exemple, dins lo cas d'unaautomobila,lotrabalhde la propulsion es l'energia producha per aquela propulsion. Lotrabalhes generalament notatWe coma correspònd a un transferiment d'energia, son unitat es lojoule(J).

La calor

Article detalhat:Calor.

Lacalores un transferiment desordonat d'energia entre unsistèmae lo mitan exterior. Correspònd a un transferiment d'agitacion termicaentre particulas. L'aspècte aleatòri dei movements d'aquelei particulas es a l'origina de l'aspècte desordonat d'aqueu transferiment de calor. Per aquela rason, es impossible de totalament convertir l'energia termica entrabalh.En revènge, lo contrari es possible (per exemple, amb l'efiech Joule). Lacalores generalament notadaQe, coma es un transferiment de calor, son unitat es lojoule(J).

Lo raionament

Article detalhat:Raionament.

Loraionamentcorrespònd a un transferiment d'energia per propagacion d'ondas electromagneticasò perdesintegracion radioactiva.Pòu aver dins totei lei mitans, compres lovuege.Divèrsei tipes de raionament son definits, generalament a partir dei particulas que lo constituisson. Per exemple, unrai Xes fach defotonstenent una energia situada entre quauquei centenaus d'electronvolts(eV) e quauqueimegaelectronvolts.

Annèxas

Liames intèrnes

Bibliografia

(en)G. N. Alekseev,Energy and Entropy,Mir Publishers, 1986.
(en)P.W. Atkins,Physical Chemistry,3^aed., Oxford University Press, 1985.
(fr)Michel Le Bellac,Le monde quantique,EDP sciences, 2010.
(fr)Gaspard-Gustave Coriolis,Sur une nouvelle dénomination et sur une nouvelle unité à introduire dans la dynamique,Académie des sciences, 1826.
(en)Hermann Haken, Hans Christoph Wolf e W. D. Brewer,The Physics of Atoms and Quanta: Introduction to Experiments and Theory,Springer, 2005.
(en)Katalin Martinás, « Aristotelian Thermodynamics »,Thermodynamics: history and philosophy: facts, trends, debates(Veszprém, Ongria 23–28 de julhet de 1990), pp. 285-303.
(fr)José-Philippe Pérez e Olivier Pujol,Mécanique: fondements et applications,Dunod, 2014.
(en)William John Macquorn Rankine, « On the general law of the transformation of energy »,Proceedings of the Philosophical Society of Glasgow,vol. 3, n° 5, pp. 276–280.
(fr)G. Pannetier,Chimie physique générale. Atomistique, liaisons chimiques et structures moléculaires,Éd. Masson, 1969, p. 309.
(en)H.J. Steffens,James Prescott Joule and the Concept of Energy,Watson, 1979.
(fr)Luc Valentin,Le monde subatomique: des quarks aux centrales nucléaires,Hermann, 1997.

Nòtas e referéncias

↑(fr)Emmanuel Trépanier, « De l’imposition seconde du terme ἐνέργεια chez Aristote »,Laval théologique et philosophique,vol. 39, n° 1, 1983, pp. 7-11.
↑Es a dire lo doble de l'energia cineticamodèrna.
↑(en)Roger Ariew e Daniel Garber (dir.),Leibniz: Philosophical Essays,Hackett, 1989, pp. 155-186.
↑(fr)Mireille Touzery, « Émilie Du Châtelet, un passeur scientifique au XVIIIe siècle. D’Euclide à Leibniz »,La revue pour l’histoire du CNRS,n° 21,‎ 3 de julhet de 2008.
↑(de)Wilhelm Weber, « Elektrodynamische Massbestimmungen insbesondere über die Energie der Wechselwirkung »,Abhandlungen der Mathematisch-Physischen Classe der königlich Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften,S. Hirzel, 1878, p. 650.
↑(fr)Gaspard-Gustave de Coriolis,Du calcul de l'effet des machines, ou considérations sur l'emploi des moteurs et sur leur évaluation, pour servir d'introduction à l'étude spéciale des machines,Carilian-Gœury, Libraire des corps royaux des ponts et chaussées et des mines, 1829.
↑Lo tèrme « energia cinetica » foguèt prepausat entre1849e1851perlord Kelvin(Crosbie Smith e M. Norton Wise,Energy and Empire: A Biographical Study of Lord Kelvin,Cambridge University Press, p. 866).
↑(en)Crosbie Smith,The Science of Energy – a Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain,The University of Chicago Press, 1998.
↑(en)« On the Mechanical Equivalent of Heat »,Notices and Abstracts of Communications to the British Association for the Advancement of Science,vol. 15, 1845.
↑(en)L. P. Wheeler,Josiah Willard Gibbs, The History of a Great Mind,Ox Bow Press, 1998.
↑(en)Diana Kormos Barkan,Walther Nernst and the Transition to Modern Physical Science,Cambridge University Press, 1998.
↑(fr)Jean Eisenstaedt,Einstein et la relativité générale,CNRS Éditions, 2007.
↑(en)G. Lofts, D. O'Keeffe et al. « 11 – Mechanical Interactions »,Jacaranda Physics 1 (2 ed.),John Willey & Sons Australia Ltd., 2004, p. 286.
↑Leifòrças non conservativaspus frequentas son leifretaments.
↑(fr)P.W. Atkins,Chaleur & Désordre - Le Second Principe de la thermodynamique,colleccion L'univers des sciences, Belin/Pour La Science, 1987.

[1] (fr)Emmanuel Trépanier, « De l’imposition seconde du terme ἐνέργεια chez Aristote »,Laval théologique et philosophique,vol. 39, n° 1, 1983, pp. 7-11.

[2] Es a dire lo doble de l'energia cineticamodèrna.

[3] (en)Roger Ariew e Daniel Garber (dir.),Leibniz: Philosophical Essays,Hackett, 1989, pp. 155-186.

[4] (fr)Mireille Touzery, « Émilie Du Châtelet, un passeur scientifique au XVIIIe siècle. D’Euclide à Leibniz »,La revue pour l’histoire du CNRS,n° 21,‎ 3 de julhet de 2008.

[5] (de)Wilhelm Weber, « Elektrodynamische Massbestimmungen insbesondere über die Energie der Wechselwirkung »,Abhandlungen der Mathematisch-Physischen Classe der königlich Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften,S. Hirzel, 1878, p. 650.

[6] (fr)Gaspard-Gustave de Coriolis,Du calcul de l'effet des machines, ou considérations sur l'emploi des moteurs et sur leur évaluation, pour servir d'introduction à l'étude spéciale des machines,Carilian-Gœury, Libraire des corps royaux des ponts et chaussées et des mines, 1829.

[7] Lo tèrme « energia cinetica » foguèt prepausat entre1849e1851perlord Kelvin(Crosbie Smith e M. Norton Wise,Energy and Empire: A Biographical Study of Lord Kelvin,Cambridge University Press, p. 866).

[8] (en)Crosbie Smith,The Science of Energy – a Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain,The University of Chicago Press, 1998.

[9] (en)« On the Mechanical Equivalent of Heat »,Notices and Abstracts of Communications to the British Association for the Advancement of Science,vol. 15, 1845.

[10] (en)L. P. Wheeler,Josiah Willard Gibbs, The History of a Great Mind,Ox Bow Press, 1998.

[11] (en)Diana Kormos Barkan,Walther Nernst and the Transition to Modern Physical Science,Cambridge University Press, 1998.

[12] (fr)Jean Eisenstaedt,Einstein et la relativité générale,CNRS Éditions, 2007.

[13] (en)G. Lofts, D. O'Keeffe et al. « 11 – Mechanical Interactions »,Jacaranda Physics 1 (2 ed.),John Willey & Sons Australia Ltd., 2004, p. 286.

[14] Leifòrças non conservativaspus frequentas son leifretaments.

[15] (fr)P.W. Atkins,Chaleur & Désordre - Le Second Principe de la thermodynamique,colleccion L'univers des sciences, Belin/Pour La Science, 1987.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]