Putere

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea pentru alte sensuri, vezi Energy (dezambiguizare) .

Energia este cantitatea fizică care măsoară capacitatea unui corp sau sistem fizic de a face locul de muncă , indiferent dacă munca este sau se poate face de fapt. [1]

De derivă energie pe termen de la sfârșitul anilor latină Energía, la rândul său , preluată din limba greacă ἐνέργεια (energeia), derivat al ἐνεργής (sau ἐνεργός echivalent), „activ“, compus din particule intensive en și ἔργον (ergon, „muncă“, 'Opera'). [1] [2] Termenul a fost introdus de Aristotel în domeniul filosofic pentru a distinge δύναμις (DYNAMIS), posibilitatea, de „ puterea “ corespunzătoare a materialului neformate, capacitatea reală (ἐνέργεια) au angajat în act realitate formală la ceea ce - i asta . [3]

Italiană cuvântul „energie“ nu este derivat direct din latină , dar este reînviat în secolul al 15 - lea de către francez Energie. [4] «În Franța énergie a fost folosit încă din secolul al 15 - lea , în sensul de«forță în acțiune», cu un cuvânt derivat direct din latină, niciodată cu o semnificație fizică. În Anglia , în 1599 energia este sinonim cu „puterea sau vigoarea de exprimare“. Thomas Young a fost primul care a utiliza energia într - un sens modern , în 1807 " [5]

Conceptul de energie poate apărea intuitiv din observația experimentală că capacitatea unui sistem fizic de a face munca scade pe măsură ce acesta este produs. În acest sens, energia poate fi definită ca o proprietate posedat de către sistem , care pot fi schimbate între organisme prin muncă ( a se vedea transferul de energie ).

Istoria termenului și a noțiunii

Termenul „energie“ a fost folosit pentru prima dată pentru a indica o fizic cantitate de Kepler în lucrarea sa Harmonices Mundi din 1619, cu toate acestea, termenul „energie“ a fost introdus în mod sistematic în literatura de specialitate , în termeni moderni numai de la sfârșitul secolului al 19 - lea . Înainte de atunci, termenii vis, Viva „forța“ sau „lucrarea“ alternat, în funcție de context și de autor. Primul este păstrat ca o tradiție istorică chiar și astăzi , în numele unor teoreme, în timp ce ultimii doi termeni au dobândit un sens complet diferit în fizica modernă de cea a energiei.

Controversa asupra vis viva

Punct de vedere istoric, prima magnitudine similară cu cea menționată acum ca energia cinetică a apărut în Gottfried Leibniz lui studii în 1686, numită vis viva ( „forță vie“), spre deosebire de vis Mortua ( „forță moartă“) , folosit pentru a desemna inerția . [6] Dezbaterea principală în fizică și al XVII - XVIII-lea a fost centrat conceptual nu pe un principiu de conservare, ci mai degrabă pe căutarea unei cantități fizice capabile să măsoare efectele acțiunii unei forțe asupra organismelor, sau în ceea ce privește o interacțiune între acestea. [7] O acțiune vigoare la un organism va avea ca efect modificarea vitezei sale, schimbând astfel atât energia cinetică și impulsul definit ca:

Pornind de la aceste două posibilități diferite, ciocnirea dintre Leibniz, care a considerat „vis viva“ să fie mai adecvat ca o măsură a unei forțe, iar susținătorii cartezian teoriei, care a folosit în loc impuls, sa născut. [8] În formularea de astăzi a mecanicii clasice, ambele cantități au aceeași importanță: a devenit clar ca începând de la d'Alembert , problema a fost doar legat de utilizarea a două puncte de vedere diferite. [9] [10] De fapt, este posibil să se ia în considerare efectele unei forțe însumate cu privire la intervale de timp , Din care variația impulsului este derivat direct pe baza primului principiu al dinamicii :

Sau este posibil să se ia în considerare efectele unei forțe adăugate în spațiu, având în vedere ca un exemplu comprimarea unui arc care frâne un corp în mișcare. Rezultatul este că face treaba a unei forțe realizată pe un corp este egal cu variația energiei cinetice a corpului în sine:

În acest sens, diferența de energie cinetică sau impuls final și inițial sunt doar două măsuri diferite ale efectelor acțiunii unei forțe.

Descriere

importanță fizică

Energia este o cantitate fizică extinsă (energia a două corpuri este pur și simplu suma energiilor organismelor luate individual), care are o importanță centrală în formularea multor teorii, de la clasice mecanica la termodinamicii , din teoria relativității a mecanica cuantică .

O definiție precisă a energiei nu este ușor de a oferi, energia nu are nici o realitate materială, ci este mai degrabă un concept matematic abstract care exprimă o constrângere în ceea ce privește posibilele procese și o simetrie temporală a legilor fizice. Nu este, prin urmare, nici o substanță sau un fluid corespunzător de energie pura. După cum Feynman a scris:

( EN )

„Este important să realizăm că în fizica de azi, nu avem nici o cunoaștere a ceea ce este energia.“

( IT )

„Este important să se țină cont de faptul că în fizica de astăzi, nu avem nici o cunoaștere a ceea ce este energia.“

( Richard Feynman , Feynman e Physics , Vol I, p 4-1)

Un organism poate mări sau micșora energia, ca urmare a unei interacțiuni cu alte organisme: schimbarea de energie, prin urmare, reflectă schimbările care au avut loc în proprietățile sale microscopice. Există numeroase interacțiuni posibile; din punct de vedere calitativ, mecanicii se pot distinge, de exemplu, cu ciocniri între corpurile rigide sau forțe între punctul particule asemănătoare, din termodinamica, unde, de exemplu, sunt luate în considerare reacțiile dintre gazele la temperaturi diferite. Din punct de vedere al tipului de interacțiune, există diferite tipuri de forțe în natură, cum ar fi gravitaționale, nuclear sau electrice. Cu toate acestea, toate aceste procese posibile părăsesc cantitatea totală de energie neschimbată, care devine, prin urmare, cantitatea fizică constantă pentru sisteme închise sau izolate.

o importanță tehnologică

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: resurse și consumul de energie din lume .

În domeniul tehnologic, energie permite, prin exploatarea acestuia la nivel industrial, transformarea materiilor prime în produse sau finale bunuri sau direct furnizarea de servicii utile pentru om și societate.

Societatea modernă este extrem de dependentă de energie ( în special în formele sale de energie mecanică, energie electrică, energia chimică și energie termică) în toate procesele de producție și de management ( de exemplu , auto , maritim și aerian de transport , încălzire , iluminat , funcționarea echipamentelor electrice și procese industriale). Prin urmare , problema energetică globală este de mare interes și de preocupare în ceea ce privește epuizarea în timp a surselor fosile , principala sursă de energie primară, utilizarea intensivă a ceea ce a permis considerabil de dezvoltare economică din prima revoluție industrială până în prezent.

Unitate de măsură

Sistemul internațional derivat unitatea de măsură pentru energie este joule (simbol: J); [1] în ceea ce privește unitățile fundamentale SI, 1 J este egală cu 1 kg · m 2 · s -2. In CGS unitatea de măsură pentru energie este erg , [1] echivalent cu 1 dyne centimetru și în ceea ce privește unitatea de bază CGS la 1 g cm 2 s -2 (corespunde la 10 -7 J).

În funcție de domeniul de aplicare, alte unități de măsură sunt adoptate pentru a măsura energiei:

Energie mecanică

Energia mecanică este suma energiei cinetice și de energie potențială cu privire la același sistem, să se facă distincția între energia totală a sistemului , care include , de asemenea , energia internă.

Energie kinetică

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: energia cinetică și teorema forțelor vii .

Energia cinetică este energia care depinde exclusiv de starea de mișcare a sistemului în cauză și pe cea a componentelor sale relative. Pentru un corp punct de energia cinetică este egală cu jumătate din produsul din masa a corpului prin pătratul său de viteză :

Energia cinetică este o cantitate care poate presupune numai valori pozitive. Având în vedere nepunctiforme organisme extinse rigide, energia cinetică va depinde și de viteza unghiulară printr - un termen suplimentar numit energie de rotație .

Variația energiei cinetice în urma acțiunii unei forță este legată de munca , adică la produsul scalar ori forța de distanța de deplasare efectuate. Munca a unei forțe realizată pe un corp este de fapt egală cu modificarea în energia cinetică a corpului în sine:

bazată pe muncă energetică teorema sau forțele de viață teorema .

Energie potențială

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: energie potențială .
Pendulul este un exemplu de modul în care energia cinetică este transformată într -un potențial și vice - versa. La cel mai înalt punct viteza pendulului (vector albastru) este zero, iar energia potențială gravitațională este maximă, la cel mai scăzut punct energia potențială este zero, iar viteza este maximă. Diferența de potențial energetic a fost apoi transformată în energie cinetică.

Energia potențială este un tip de energie care depinde numai de configurația sau poziția corpurilor care interacționează și particulele.

În funcție de tipul de interacțiune și forță luate în considerare, există numeroase tipuri de energie potențială. Cel mai simplu exemplu de energie potențială este că posedat de un corp de masă plasat la o înălțime în câmpul gravitațional al Pământului, egal cu:

,

unde este este accelerația gravitației . Acest tip de energie depinde doar de poziția unui corp și atunci când acest lucru este scăzut energia potențială își schimbă forma în timp devine cinetică. Energia potențială este definită până la o constantă aditiv, în acest exemplu, până la eventuala alegere a punctului în raport cu care să se măsoare înălțimea .

Energie termală

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Termodinamica .

Căldura și munca ca forme de schimb de energie

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: căldură și de lucru (fizica) .

Căldură și de muncă nu pot fi definite ca „forme de energie“, deși au aceleași unități de măsură , deoarece acestea nu sunt proprietăți ale unui singur organism , ci mai degrabă proprietăți ale transformării termodinamică în cauză. [11] Cu alte cuvinte, de căldură și de muncă nu sunt posedat de un sistem și , prin urmare , nu sunt o variabilă de stat, dar sunt , în schimb „energie în tranzit“, manifestarea experimentală a schimbului de energie care are loc prin intermediul a două sisteme. Cu toate acestea, căldură și de muncă pot fi măsurate și utilizate în practică pentru a prezice diferența de energie posedat de un corp între sfârșitul și începutul procesului sau transformare.

În termodinamică, principiul conservării energiei este conținută în prima lege a termodinamicii , potrivit căreia variația de energie a unui sistem este egală cu suma căldurii și locul de muncă respectiv transferate și realizat de către mediul extern a sistemului: [12]

Nu toată energia unui sistem este capabil să producă o transformare de muncă în termodinamică, ca urmare a doua lege a termodinamicii . Cantitatea de energie a unui sistem disponibil la locul de muncă produse pot fi, de fapt, mult mai mică decât valoarea totală a sistemului. Relația dintre energia utilizabilă și energia furnizată de o mașină se numește eficiență . [13]

Principiul conservării energiei

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Conservarea Energiei Principiul .
Imprăștierea eveniment creat de un neutrino observat într - o cameră cu bule . Linia punctată galbenă corespunde neutrino de intrare, nu sunt vizibile pentru că este neutru, lovind un proton. Neutrino și interacțiunile sale au fost teoretizat de Pauli și Fermi , bazat pe principiul conservării energiei.

Invarianta din cantitatea totală de energie este exprimată prin principiul conservării energiei , conform căreia variația energiei într - o regiune a spațiului este egal cu fluxul net de energie care curge în spațiu. Deși expresia exactă a energiei poate varia în funcție de cazurile considerate, până în prezent nici un proces a fost descoperit capabil de creștere sau descreștere a energiei la nivel global, se poate schimba doar forma prin transformarea în sine.

Principiul de conservare a ghidat descoperirea unor noi forme de energie și a făcut posibilă descoperirea de noi tipuri de procese fizice și chiar noi particule. La începutul secolului 20 , unele dezintegrări nucleare cu electroni de emisie au fost descoperite că nu părea să satisfacă principiul conservării energiei. Pentru a rezolva problema în 1924 Niels Bohr îl transmite ideea că , la nivel atomic energia nu a fost conservată strict, propunând o teorie care sa dovedit a fi greșită. Wolfgang Pauli în 1930 și Enrico Fermi în 1934, considerând fundamentală și deținerea fermă conservarea energiei, a postulat în loc existența unor interacțiuni noi și o nouă particulă nu a observat mai înainte , care a fost în măsură să transporte energia care lipsea în experimente. În acest fel, ghidată de principiul de conservare a energiei, acestea au fost în stare să descopere neutrino , o particulă fără sarcină electrică, fapt observat experimental în 1959. [14]

Principiul conservării energiei reflectă simetria temporală a legilor fizice în ceea ce privește traducerile de timp, adică, faptul că acestea nu se schimbă odată cu trecerea timpului. Un experiment efectuat în același timp va da același rezultat ca și același experiment realizat în aceleași condiții, dar la momentul respectiv . [15] În teoria relativității , conservarea energiei și conservarea momentului sunt combinate într - o singură lege care corespunde la nivel global pentru simetria traducerilor în patru dimensional spațiu - timp .

Principiul, născut în domeniul energiei mecanice, poate fi , de asemenea extins la toate celelalte forme de energie pornind de la căldură , din moment ce acest lucru se obține prin disiparea energiei mecanice la nivel macroscopic și este energia cinetică la nivel molecular., În timp ce toate celelalte forme de energie degradează în mod inevitabil, în căldură.

În fizica clasică și în fizica modernă

În fizica clasică , energia este o continuă proprietate scalar stocată printr - un sistem.

În mecanica cuantică, pe de altă parte, pentru sistemele legate ( de exemplu , sisteme în care energia particulei nu depășește potențialele bariere) este „ cuantizați “, adică își poate asuma un discret număr de valori (sau „energie niveluri ").

Masa ca o formă de energie

Lui Einstein faimoasa ecuație E = mc² , o derivare directă a specială teoriei relativității , arată modul în care masa și energia sunt două „fețe ale aceleiași monede“ a unui sistem fizic. De fapt, din această ecuație simplă este clar că energia contribuie la inerția unui corp ca în masă, adică, energia contribuie la rezistența organismului de a fi accelerat.

Legile cuantice au arătat că masa poate fi transformată în energie și invers, în procesele nucleare de exemplu dezintegrarea metalelor grele , cum ar fi uraniu în elemente mai ușoare conduce la un defect de masă care corespunde eliberarea de energie sub formă de radiație.

Prin urmare, în comparație cu mecanicii clasice, în cazul în care masa și energia sunt conservate separat, în teoria relativității speciale cele două fizice principii pot fi unite într - un singur principiu , sub numele principiului conservării masei / energiei a .

Forme de energie

Energia există în diferite forme, din care fiecare are propria exprimare în ceea ce privește detaliile sistemului în cauză, cum ar fi viteza sau distanța relativă între particule. Principalele forme de energie sunt: [1] [16]

Elastic energia potențială este ca posedat de un material elastic supus la deformare. Lumina de energie sau energia radiantă este transportată de fotoni care alcătuiesc lumina, prin urmare , energia radiațiilor electromagnetice.

Surse de energie

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: centrala electrică și surse de energie .
Consumul de energie în lume, defalcate în funcție de țară (1989-1998). Unitatea de măsură: 10 15 BTU .
Consumul surselor de energie din lume, cu referire la tipul de sursă de energie (date din 2004).

Principalele surse de energie , prin care este posibilă producerea de energie electrică , energie termică sau energie mecanică direct sunt: [1]

Termenul „ energie din surse regenerabile “ înseamnă acele surse de energie care nu rulează afară sau a alerga afară în perioade care depășesc scara de timp „uman“ (de exemplu: solară, eoliană, geotermală, energia mareelor, fuziune nucleară), altfel vorbesc de „ energie din surse neregenerabile “ (de exemplu , petrol și cărbune ), în timp ce termenul „ energie alternativa “ înseamnă sursele de energie care pot fi utilizate pentru a înlocui energia chimică produsă de combustibili clasici sau surse de fosile . [16]

Conversie a energiei și de transformare

Noi vorbim de „convertire“ atunci când vom trece de la o formă de energie în alta, în timp ce noi vorbim de „transformare“, atunci când forma de energie rămâne aceeași, dar unii parametri caracteristici sunt modificate.

De exemplu, o baterie vă permite să converti energia chimică în energie electrică, în timp ce un transformator vă permite să transforme energia electrică prin variația de tensiune și intensitatea curentului .

De fiecare dată când o conversie are loc, o parte din energie (mai mult sau mai puțin substanțială) este transformată inevitabil în energie termică ; [13] în acest caz , vorbim de „ efecte disipative “.

energie alimentară

Exemplu de etichetă nutrițională europeană care indică valoarea energetică a produsului alimentar.

În contextul chimiei produselor alimentare , vorbim de o valoare energetică pentru a se referi la energia pe care corpul uman poate primi prin consumul unui aliment.

Din moment ce o parte din energia conținută într - un produs alimentar poate fi pierdută în timpul proceselor digestive și metabolice, valoarea energetică poate fi mai mică decât valoarea experimentală obținută prin arderea produsului alimentar într - un calorimetru cu bombă . [18] Din acest motiv, metodele experimentale au fost dezvoltate , care să ia această pierdere de energie în considerare. Una dintre aceste metode este utilizarea așa-numitele factorii Atwater , datorită căreia se calculează valoarea energetică a unui produs alimentar pornind de la valoarea energetică asociată cu unele dintre cele mai importante ale acesteia macronutrienti din punct de vedere energetic, în special: grăsimi , proteine și carbohidrați.. [18]

În Europa, valoarea energetică este raportată prin lege în eticheta nutrițională a produselor alimentare, în cazul în care acesta este indicat în kcal sau kJ pe cantitatea de produs.

Notă

  1. ^ A b c d e f g Energy , pe treccani.it, Treccani Vocabular.
  2. ^ Douglas Harper, Energie , Online Etimologia dicționar. Adus la 6 mai 2011 .
  3. ^ Fabrizio Bigotti, Rolul principiilor dynamis-energheia în teoria aristotelică a intelectului .
  4. ^ Daniele Gambarara și Domenico La medica în Rai de învățământ .
  5. ^ Ferdinando Abbri, Istoria de Științe, Volumul 5, 1995, p. 245.
  6. ^ Vis Mortua , pe treccani.it. Adus la 10 noiembrie 2013 .
  7. ^ Fizica lui Leibniz , plato.stanford.edu.
  8. ^ Rețineți, totuși, că factorul 1/2 a fost absent în definiția lui Leibniz de forță vie
  9. ^ Carolyn Iltis, Leibniz și vis viva controverse (PDF).
  10. ^ Cu toate acestea, nici măcar d'Alembert a fost în măsură să rezolve definitiv controversa, a se vedea Alembert, Jean Le Rond D ' , pe encyclopedia.com. Adus la 10 noiembrie 2013 .
  11. ^ Energia in termodinamica este , prin urmare , o funcție de stat
  12. ^ Notația IUPAC, a se vedea (EN) cantitățile, unitățile și simbolurile în chimie fizică (IUPAC Carte Verde) (PDF), pe media.iupac.org. sectiunea 2.11 Termodinamică chimice
  13. ^ a b Turchetti , p. 158 .
  14. ^ (RO) Charlez P. Enz, Cincizeci de ani în urmă Pauli a inventat neutrino (PDF).
  15. ^ (RO) Richard Feynman, 52 , în The Feynman Lectures ale fizicii.
  16. ^ a b Turchetti , p. 154 .
  17. ^ Turchetti , p. 155 .
  18. ^ a b Briggs .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 7201 · GND ( DE ) 4014692-3 · BNF ( FR ) cb119314344 (data) · NDL ( EN , JA ) 00561932