Energia
De Viquipèdia
- Aquest article tracta de la magnitud física. Per d'altres significats, vegeu Energia (desambiguació)
En física, l'energia, (del grec ἐνέργεια, energeia) és una magnitud física que és un atribut present a qualsevol sistema físic i que es conserva a la natura. L'energia d'un sistema físic també és la seva capacitat per realitzar un treball. En el sistema internacional, es mesura en joules. S'acostuma a representar amb la lletra E.
Hi ha diferents formes d'energia que expliquen tots els fenomens naturals, entre aquestes formes s'inclou la cinètica, l'potencial, tèrmica, la dels sons o l'electromagnètica. Qualsevol forma d'energia pot ser transformada en una altra, però la quantitat total roman idèntica. Aquest principi, el principi de conservació de l'energia va ser postulat a inicis del segle XIX i s'aplica a un sistema aïllat. Segons el teorema de Noether la conservació de l'energia és una conseqüència del fet que les lleis de la física no canvien al llarg del temps.
Malgrat que la quantitat d'energia total no canvia al llarg del temps, el seu valor depen del sistema de referència, per exemple, per a un passatger assegut a un avió en moviment la seva energia cinètica serà zero en relació a l'avió, però serà diferent de zero en relació a terra.
Taula de continguts |
[edita] Concepte
L'energia, en general, és una quantitat abstracta que no es pot visualitzar fàcilment. En física, existeixen moltes equacions que permeten calcular quanta energia i de quin tipus conté un sistema determinat. Un dels principis de la física clàssica és el de la conservació de l'energia, postulat a principis del segle XIX. Segons el Teorema de Noether, el principi de la conservació de l'energia és una conseqüència del fet que les lleis físiques no canvien al llarg del temps. Però tot i que l'energia total d'un sistema no canvia amb el temps, el seu valor depen del sistema de referència, per exemple, un passatger assegut a un avió en moviment té un valor zero d'energia cinètica en relació a l'avió, però no serà zero respecte al terra.
Actualment, gràcies a la teoria de la relativitat, sabem que l'energia es pot transformar en massa, i a l'inrevés, d'acord a la famosa equació d'Einstein: E = mc2. Així, el principi de conservació s'aplica conjuntament a la massa i a l'energia.
L'energia d'un sistema determina la quantitat de treball físic que pot fer. En el cas més senzill, l'aplicació d'una força a través d'una distància uni-dimensional, l'energia necessària és 
, essent f(x) la quantitat de força que cal aplicar en cada punt. A la pràctica, normalment no es pot utilitzar fàcilment tota l'energia emmagatzemada en un sistema per produir treball. En l'exemple del cos en caiguda lliure, l'energia potencial es transforma fàcilment en energia cinètica, però l'energia interna del cos (energia química i atòmica) no es transforma.
La calor es relaciona amb l'energia cinètica interna d'un cos, però no és estrictament una forma d'energia, sinó un treball, ja que es relaciona amb el moviment translacional aleatori dels àtoms o molècules que formen un cos.
[edita] Tipus d'energia
La mecànica clàssica diferencia entre energia potencial, que és una funció de la posició d'un objecte, i energia cinètica, que és una funció del moviment de l'objecte. Però aquests dos conceptes de posició i moviment són relatius a un sistema de referència. I, a més, la diferenciació entre diferents tipus d'energia no són més que un artifici que facilita fer correspondre l'energia al fenomen que es mesura (en tant que l'energia serveix per mesurar la intensitat del fenomen). Caldrà, doncs, aplicar el principi de relativitat a l'energia, i per tant, un mateix fenomen podrà ser analitzat en termes d'energia cinètica, electromagnètica, potencial, etc.
- Energia cinètica: És la que posseeix un cos per raó del seu moviment.
- Energia potencial:És la capacitat d'un cos per realitzar treball en raó de la seva posició en un camp de forces
- Energia química: L'energia química és un tipus d'energia potencial, que es pot alliberar mitjançant el trencament o formació d'enllaços químics.
- Energia d'ionització: La mínima necessària per ionitzar un àtom o molècula.
- Energia elèctrica: És un tipus d'energia potencial relacionat amb la posició d'una càrrega elèctrica en un camp elèctric.
- Energia química: L'energia química és un tipus d'energia potencial, que es pot alliberar mitjançant el trencament o formació d'enllaços químics.
- Massa: D'acord amb la Teoria de la Relativitat, la massa i l'energia es poden intercanviar. Se sol anomenar energia atòmica o energia nuclear l'obtinguda per la fusió o fissió dels nuclis atòmics
- Energia electromagnètica o radiant: És l'existent en un mitjà físic, causada per ones electromagnètiques, mitjançant les quals es propaga directament sense desplaçament de la matèria.
- Energia calorífica o tèrmica: És un tipus d'energia que es transmet en forma de calor d'un cos a un altre que es troba a menys temperatura.
[edita] Mesura
La mesura absoluta de l'energia no és possible atès que es defineix com el treball que un sistema pot fer sobre un altre, per tant, només la transició d'un sistema d'un estat vers una altre pot ser mesurada.
Els mètodes per a mesurar l'energia són sovint els utilitzats per la mesura de magnituds com la massa, la distància, la radiació, la temperatura, el temps, la càrrega elèctrica o el corrent elèctric. La tècnica més habitualment utilitzada és la calorimetria, una tècnica de la termodinàmica que relaciona la mesura de la temperatura amb un termòmetre amb la intensitat de la radiació mesurada amb un bolòmetre.
Al llarge de la història de la ciència, el valor de l'energia s'ha expressat en diferents unitats, con l'erg de l'antic sistema CGS o la caloria, però actualment la unitat acceptada del Sistema Internacional per a l'energia és el joule.
[edita] Llei de la conservació de l'energia
L'energia és subjecta a la llei de la conservació de l'energia que indica que l'energia no pot ser creada ni destruïda, només pot ser transformada.
Molts tipus d'energia, amb la gravitatòria com una excepció important[1], també són sotmesos a estrictes normes locals de conservació. De manera que l'energia només es pot intercanviar entre regions adjacents de l'espai, i qualsevol observador coincidirà sobre la densitat d'energia a un volum donat de l'espai. També hi ha una llei global de la conservació de l'energia que estableix que l'energia total de l'univers no canvia, el que és una conseqüència directa, un corol·lari, de la llei local de conservació. La conservació de l'energia és una conseqüència matemàtica de la simetria de translació del temps, és a dir la impossibilitat de diferenciar intervals temporals presos en diferents moments. [2]. (Vegeu el teorema de Noether).
La llei de conservació és un principi fonamental de la física que es deriva de la simetria de translació del temps, una propietat de molts fenomens a escala còsmica que els fan independents de la seva localització a les coordenades del temps. Ahir, avui o demà són físicament indiferenciables.
Això és així perquè l'energia és una magnitud que és una variable conjugada amb el temps. Aquesta imbricació de l'energia i el temps comporta un principi d'incertesa: és impossible de definir la quantitat exacta d'energia durant qualsevol interval definit de temps. Aquest principi d'incertesa no s'ha de confondre amb la conservació de l'energia, tot i que proporcioni uns límits matemàtics entre els que es pot definir i mesurar l'energia.
Em mecànica quàntica l'energia s'expressa a través de l'operador hamiltonià, a qualsevol escala temporal la incertesa de l'energia vindrà donada per:
que té una froma similar al principi d'incertesa de Heisenberg, però no són matemàticament equivalents atès que H i t no són variables conjugades ni en mecànica clàssica ni en mecànica quàntica.
En física de partícules, aquesta desigualtat permet una comprensió qualitativa de les partícules virtuals que transporten un moment que intercanvien amb partícules reals, responsable de la creació de totes les forces fonamentals conegudes. El fotons virtuals (que són l'estat d'energia quàntica més baix dels fotons) també són els responsables de les interaccions electrostàtiques entre càrregues elèctriques (que comporten la llei de Coulomb), de la desintegració radioactiva per fissió espontània dels estats nuclears excitats, de l'efecte Casimir, de la força de van der Waals i d'altres fenomens observables.
[edita] Vegeu també
[edita] Referències
- ↑ E. Noether's Discovery of the Deep Connection Between Symmetries and Conservation Laws
- ↑ Time Invariance
