Energie

Pentru alte sensuri, vedețiEnergie (dezambiguizare).

Trăsnete în Oradea

Parte a seriei de articole despre
Mecanică clasică
${\vec {F}}=m{\vec {a}}$ Principiul al II-lea al mecanicii
Istorie Cronologie
Ramuri Cinematică Dinamică Mecanică cerească aplicată a mediilor continue statistică Statică
Concepte Accelerație Energie cinetică potențială Forță aparentă contact frecare suprafață volum Impuls Inerție Lucru mecanic virtual Masă Moment cinetic de inerție Principiul lui D'Alembert Putere Sistem de referință inerțial neinerțial Spațiu Timp Viteză relativă
Formulări Legile lui Newton Mecanică analitică Mecanică lagrangiană Mecanică hamiltoniană Ecuația Hamilton–Jacobi
Subiecte de bază Deplasare Legea atracției universale Mișcare ecuații armonică rectilinie Solid rigid
Rotație Rotație Sistem de referință în rotație Viteză unghiulară Accelerație unghiulară Forță centripetă centrifugă Forța Coriolis Frecvență Oscilație oscilator armonic amortizare Pendul conic Vibrație
Oameni de știință Galileo Huygens Newton Kepler Horrocks Halley Euler d'Alembert Clairaut Lagrange Laplace Hamilton Poisson Daniel Bernoulli Johann Bernoulli Cauchy
Categorii Mecanică clasică

Cuvântulenergie(dingreacă vecheενέργεια,energheia,„activitate”, "εν" având semnificația „în” și "έργον" având semnificația „lucru” ) în sensul folosit înfizică,sau, mai general, înștiință,tehnicășitehnologie,„energia”, „potențialul care determină schimbări”, este unconceptfolosit la înțelegerea și descrierea proceselor fizice și chimice.

Istoric

Termenul își are originea în operele luiAristotel.

Energia - concept filozofic

La nivelul actual de cunoștințe și dezvoltare tehnologică, se consideră căuniversulcare ne înconjoară există sub două forme: de substanță (materie) șicâmp de forțe.Materia este caracterizată prin două mărimi fundamentale:masașienergia.Masa este măsura inerției și a gravitației, iar energia este măsura scalară a mișcării materiei. Cuvântulenergieare o răspândire foarte largă, dar, cu toate acestea, conținutul concret al noțiunii nu este la fel de răspândit sau riguros analizat, datorită îndeosebi unor particularități mai subtile, caracteristice anumitor forme de transfer energetic. Cea mai generală definiție, prezintă energia camăsură a mișcării materiei.Această formulare, deși corectă, prezintă inconvenientul unei exprimări mai puțin explicite, având în vedere diversitatea mare a formelor de mișcare a materiei.

Energia clasică definește calitatea schimbărilor și proceselor care au loc în univers, începând cudeplasareaîn spațiu și terminând cu gândirea. Unitatea și legătura formelor de mișcare a materiei, capacitatea lor de transformare reciprocă a permis măsurarea diferitelor forme ale materiei printr-o măsură comună: energia.

Energia este unul dintre cele mai importante concepte fizice descoperite de om. Înțelegerea corectă a noțiunii de energie constituie o condiție necesară pentru analiza sistemelor energetice și a proceselor energetice.

Definiții

Fizica modernă
${\hat {H}}|\psi _{n}(t)\rangle =i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi _{n}(t)\rangle$ ${\frac {1}{{c}^{2}}}{\frac {{\partial }^{2}{\phi }_{n}}{{\partial t}^{2}}}-{{\nabla }^{2}{\phi }_{n}}+{\left({\frac {mc}{\hbar }}\right)}^{2}{\phi }_{n}=0$ Ecuația lui SchrödingerșiEcuația Klein–Gordon
Fondatori Max Planck·Albert Einstein·Niels Bohr·Max Born·Werner Heisenberg·Erwin Schrödinger·Pascual Jordan·Wolfgang Pauli·Paul Dirac·Ernest Rutherford·Louis de Broglie·Satyendra Nath Bose
Concepte Spațiu·Timp·Energie·Materie·Lucru mecanic Aleatoriu·Informație·Entropie·Minte Lumină·Particulă·Undă
Ramuri Aplicată·Experimentală·Teoretică Filosofia științei·Filosofia fizicii Logică matematică·Fizică matematică Supersimetrie·Teoria coardelor·Teoria M Marea teorie unificată·Modelul standard Mecanică cuantică·Teoria cuantică a câmpurilor Antiparticulă·Antimaterie Electromagnetism·Electrodinamică cuantică Interacțiune slabă·Interacțiune electroslabă Interacțiune tare·Cromodinamică cuantică Fizică atomică·Fizica particulelor elementare Fizică nucleară·Materie exotică Bosonul Higgs·Fizică atomică și moleculară Fizica materiei condensate Informație cuantică·Calculator cuantic Spintronică·Superconductivitate Sistem dinamic·Fotonică·Biofizică Neurofizică·Minte cuantică·Plasmă Relativitate restrânsă·Relaivitate generală Materie întunecată·Energie întunecată Haos cuantic·Emergență·Sistem complex Gaură neagră·Principiul holografic Astrofizică·Univers observabil Big Bang·Cosmologie Gravitație·Gravitație cuantică Teoria întregului·Multivers
Oameni de știință Witten·Röntgen·Becquerel·Lorentz·Planck·Curie·Wien·Skłodowska-Curie·Sommerfeld·Rutherford·Soddy·Onnes·Einstein·Wilczek·Born·Weyl·Bohr·Schrödinger·de Broglie·Laue·Bose·Compton·Pauli·Walton·Fermi·van der Waals·Heisenberg·Dyson·Zeeman·Moseley·Hilbert·Gödel·Jordan·Dirac·Wigner·Hawking·P. W. Anderson·Lemaître·Thomson·Poincaré·Wheeler·Penrose·Millikan·Nambu·von Neumann·Higgs·Hahn·Feynman·Yang·Lee·Lenard·Salam·'t Hooft·Bell·Gell-Mann·J. J. Thomson·Raman·Bragg·Bardeen·Shockley·Chadwick·Lawrence·Zeilinger·Goudsmit·Uhlenbeck
Categorii CategoriaFizică modernănu a fost găsită

Din punct de vedere științific,energiaeste o mărime care indică capacitatea unuisistem fizicde a efectualucru mecaniccând trece printr-otransformaredin starea sa într-o altă stare aleasă ca stare de referință.Energia este ofuncție de stare.

Când un sistem fizic trece printr-o transformare, din starea sa în starea de referință, rămân în natură schimbări cu privire la poziția sa relativă și la proprietățile sistemelor fizice din exteriorul lui, adică:

• schimbareapoziției,vitezei,
• schimbarea stăriitermice,
• schimbarea stăriielectrice,magnetice,

atât ale lui cât și ale sistemelor din exteriorul său. Efectele asupra sistemelor externe se numescacțiunile externe ale sistemului în cursul transformării.

Dacă acțiunile sunt exclusiv sub forma efectuării delucru mecanic,acesta esteechivalentul în lucru mecanic al acțiunilor externe.Suma echivalenților în lucru mecanic al tuturor acțiunilor externe care se produc când un sistem fizic trece, prin transformare, dintr-o stare dată într-o stare de referință esteenergia totală a sistemului fizic în starea dată față de cea de referințăși reflectăcapacitatea sistemului de a produce lucru mecanic.

Conformlegii conservării energiei,diferența de energie a unui sistem fizic la o transformare între două stări este independentă de calea de transformare dintre cele două stări, ea depinzând numai de cele două stări. Alegând arbitrar valoarea energiei de referință, energia din orice altă stare are o valoare bine determinată. Ca urmare,energia este o funcție de starea sistemului fizic pe care o caracterizează,adică este ofuncție de potențial.În funcție de starea de referință, energia poate fi pozitivă, negativă sau nulă.

Se numeșteformă de energiefiecare termen aditiv din cea mai generală expresie a energiei totale a sistemelor fizice, care depinde exclusiv de o anumită clasă de mărimi de stare (de exemplu: mărimi mecanice, electrice, magnetice etc.).

Lucrul mecanicnueste o formă de energie, deoarece nu caracterizeazăsistemele fizice,citransformările lor,respectiv interacțiunea dintre sistemele fizice în cursul transformării lor.

Călduraschimbată de uncorpcu exteriorul de asemenea.nueste o formă de energie. Căldura nefiind o energie, nu se poate defini o căldură conținută de un corp, ci doar una schimbată cu exteriorul.

Conform relației dintre masă și energie, oricărei forme de energie a unui sistem fizic îi corespunde o masă inertă a sistemului, conform relației luiEinstein:

$E=m\,c^{2}$

undemeste masa sistemului, iarceste viteza luminii în vid. De subliniat că masa nu este o energie, ci o mărimeasociatăacesteia.

Partea din energia totală a unui sistem fizic în a cărei expresieintervin dintre mărimile din cinematică doar cele care caracterizează configurația geometrică a corpurilor din sistemse numeșteenergie potențială.Energia potențială depinde numai de poziția relativă a corpurilor din sistem și față de sistemele din exterior. Energia potențială poate fi sub diferite forme: de deformare, elastică, gravitațională, electrică etc.

Partea din energia totală a unui sistem fizic care depindeexclusiv demărimile de stareinternese numeșteenergie internă.În fizica clasică se presupune că energia internă a sistemelor fizice este susceptibilă de variație continuă.

Definiția formală din mecanică și termodinamică

Formal, energia definită în fizica clasică, înmecanică,respectiv întermodinamică,este starea unui sistem fizic oarecare de a efectua lucru mecanic între două poziții diferite ale respectivului sistem fizic în spațiu. Folosind notațiile comune în fizică, se poate scrie:

$L=\int \mathbf {F} \cdot \mathrm {d} \mathbf {s}$

Adică lucrul mecanic (L) efectuat de un sistem oarecare este dat de integrala produsului dintreforța(F) cu care sistemul fizic acționează pe elementul de distanță, care aici este reprezentat infinitezimal ca o diferențială (ds).

La nivel integral, deoarece forța și deplasarea sunt mărimi vectoriale, expresia energiei ca lucrul mecanic efectuat de un sistem fizic ce acționează cu o anumită forță, pe o anumită distanță, este unprodus scalar a doi vectori,vectorul forță și vectorul deplasare.

$L=\mathbf {F} \cdot \mathbf {d} =|\mathbf {F} ||\mathbf {s} |\cos {(F;s)}\,$

unde prin notațiile:|F|și|s|se înțelegscalariirespectivi, adică valorile numerice ale respectivelormărimi fizice.

Unități de măsură

Energia se măsoară înSIînJouliJ. Se poate scrie:

<E> = <L> = <F> x <s> = 1 N x 1 m = 1 kg x 1m x s⁻²x 1 m = 1 kg x 1m²x 1s⁻²= 1 J

Deci, 1 J este în termeni demărimi fizice fundamentale:1 kg x 1 m²x 1 s⁻².

Dimensional,relația de mai sus devine:

[E] =MxL⁺²xT⁻²

Conversii în alte sisteme de unități:

• MKfS:1 J = 1 / 9,80665 kgfm
• CGS:1 J = 10⁷erg

Conservarea energiei

Articol principal:Legea conservării energiei.

Una dintre proprietățile energiei esteconservareasa, ca parte amateriei,cu cele două forme de existență ale sale,substanțașicâmpul de forțe.Prima dată olege de conservare(conservarea masei) a fost formulată în1778de cătreAntoine Lavoisierîn lucrareaConsidérations Générales sur la Nature des Acides(românăConsiderații generale asupra naturii acizilor) sub forma: „În natură, nimic nu se pierde, nimic nu se câștigă, totul se transformă.”

Exemple de conservare: conservarea energiei unuipendul,conservarea energiei în cazul uneimașini termice,conservarea energiei în cazul unei explozii chimice sau nucleare etc.

Această constatare, a conservării totale a materiei, a avut nevoie de un timp îndelungat și de mulți gânditori, filozofi și oameni de știință pentru a ajunge în forma sintetică cunoscută azi caLegea conservării materiei.

Diferite folosiri ale termenului „energie”

Aspecte lingvistice

În sensul comun de folosire, cuvântul „energie” este un substantiv feminin, având singular și plural (o energie, două energii). Semnificația cuvântului poate fi evidențiată prin sinonime:

• forță,vigoare, putere, tărie, capacitate de a acționa; sau
• fermitate, decizie, hotărâre în acțiunile întreprinse.

Cuvântul energie este folosit uneori în exprimări figurative cum ar fienergie germinativăsauenergie nervoasă.

În sensul folosit în fizică (știință, tehnică și tehnologie), termenul este un substantiv feminin, defectiv de plural, la singular fără articolul nehotărâto.Pentru plural, se recomandă expresiaforme de transfer energeticși nuforme de energie,folosită des, dar incorect.

Forme

În funcție de diferite criterii, se vorbește despre diverse forme de transfer energetic.

Din punct de vedere alsistemului fiziccăruia îi aparține, există (exemple):

• energie hidraulică,care, la rândul ei, poate proveni dinenergia potențialăa căderilor de apă șimareelor,sau dinenergia cineticăavalurilor;
• energie nucleară,care provine din energia nucleelor și din care o parte poate fi eliberată prinfisiuneasaufuziunealor;
• energie de zăcământ,care este energia internă agazelorsubpresiuneacumulate deasupra zăcămintelor dețiței;
• energie chimică,care este dat depotențialul electrical legăturii dintreatomiimoleculelor;
• energie de deformație elastică,care este energia potențială datorită atracției dintre atomi;
• energie gravitațională,energia potențială în câmp gravitațional.

Dupăsursa de proveniență,poate fi: energiestelară,solară,acombustibililor,hidraulică,eoliană,geotermală,nucleară.

După faptul căurmează sau nu un cicluse clasifică în:

• energie neregenerabilă,adică energia obținută din resurse epuizabile, cum sunt considerati combustibilii fosili și cei nucleari;
• energie regenerabilă,prin care se înțelege energia obținută de laSoare,energie considerată inepuizabilă, sub formă deenergie electrică(conversie directă), termică (încălzire directă),hidraulică,eoliană,sau cea provenită dinbiomasă.

Dupămodul de manifestareal energiei se vorbește despreenergie mecanică,energie electrică,energie luminoasă.

Dupăpurtătorulde energie se vorbește deenergie termică.

Conversii

Diferitele forme de energie se pot converti unele în altele.

Exemple de cum se pot converti diferitele forme de energie

Din -> în	Mecanică	Termică	Electrică	Radiație electromagnetică	Chimică	Nucleară
Mecanică	Pârghie	Frânacu frecare	Generator electric	Sincrotron	Reacție chimică endotermă	Accelerator de particule
Termică	Turbină cu abur	Schimbător de căldură	Termocuplu	Corp incandescent	Furnal	Supernovă
Electrică	Motor electric	Rezistență electrică	Transformator electric	Diodă luminiscentă	Electroliză	Sincrotron
Radiație electromagnetică	Velă solară	Panou solar termic	Panou solar	Optică neliniară	Fotosinteză	Spectroscopie Mössbauer
Chimică	Mușchi	Ardere	Pilă de combustie	Licurici	Reacție chimică
Nucleară	Radiație alfa	Soare	Radiație beta	Radiație Gama		Izomerie nucleară

Vezi și

• Exergie
• Energie regenerabilă
• Sursă de energie