Potència
L’energia és la quantitat física que mesura la capacitat d’un cos o d’ un sistema físic per fer treball , independentment de si aquest treball es pot fer o es pot realitzar. [1]
El terme energia deriva del llatí tardà energīa , al seu torn pres del grec ἐνέργεια ( enérgeia ), derivat de ἐνεργής (o l'equivalent ἐνεργός), 'actiu', compost per la partícula intensiva en i ἔργον ( ergon , 'treball'), "Operapera"). [1] [2] El terme va ser introduït per Aristòtil en el seu abast filosòfic de distingir δύναμις (dynamis), la possibilitat, la " potència " adequat a l'material sense forma, la capacitat real (ἐνέργεια) s'han emprat en acte realitat formal del que és això . [3]
La paraula italiana "energia" no deriva directament del llatí , sinó que es fa reviure al segle XV pel francès énergie . [4] «A França, l' energia s'ha utilitzat des del segle XV en el sentit de" força en acció ", amb una paraula derivada directament del llatí, mai amb un significat físic. A Anglaterra el 1599 l' energia és sinònim de "força o vigor de l'expressió". Thomas Young va ser el primer a utilitzar el terme energia en un sentit modern el 1807 " [5]
El concepte d’energia pot sorgir intuïtivament de l’ observació experimental que la capacitat d’un sistema físic per fer treball disminueix a mesura que es produeix. En aquest sentit, l’energia es pot definir com una propietat del sistema que es pot intercanviar entre cossos mitjançant el treball (vegeu Transferència d’energia ).
Història del terme i de la noció
El terme "energia" va ser utilitzat per primera vegada per indicar una quantitat física per Kepler en el seu Harmonices Mundi de 1619, però el terme "energia" es va introduir sistemàticament a la literatura científica en termes moderns només a partir del final del segle XIX . Abans, els termes vis viva , "força" o "treball" s'alternaven, segons el context i l'autor. El primer es conserva com a tradició històrica encara avui en nom d’alguns teoremes, mentre que els dos últims termes han adquirit un significat completament diferent en la física moderna del de l’energia.
La controvèrsia sobre el vis viva
Històricament, la primera magnitud similar a la que ara es coneix com a energia cinètica va aparèixer en els estudis de Gottfried Leibniz el 1686, anomenada vis viva ("força viva") en oposició a vis mortua ("força morta") utilitzada per designar la inèrcia . [6] El debat principal de la física dels segles XVII i XVIII es va centrar conceptualment no en un principi de conservació, sinó més aviat en la recerca d'una quantitat física capaç de mesurar els efectes de l'acció d'una força sobre els cossos, o en termes de una interacció entre aquests. [7] Una força que actua sobre un cos tindrà l'efecte de modificar la seva velocitat, canviant així l'energia cinètica i l' impuls Definit com:
Partint d’aquestes dues possibilitats diferents, va néixer el xoc entre Leibniz, que considerava que el “vis viva” era més adequat com a mesura d’una força, i els partidaris de la teoria cartesiana , que en lloc d’això va utilitzar l’impuls. [8] En la formulació actual de la mecànica clàssica, ambdues quantitats tenen la mateixa importància: com es va fer evident a partir d'Alembert , el problema estava únicament lligat a l'ús de dos punts de vista diferents. [9] [10] De fet, és possible considerar els efectes d'una força sumada respecte a intervals de temps , a partir del qual la variació de l'impuls es deriva directament sobre la base del primer principi de dinàmica :
O és possible considerar els efectes d’una força afegida a l’espai, tenint en compte com a exemple la compressió d’un moll que frena un cos en moviment. El resultat és que fa la feina d'una força realitzada sobre un cos és igual al canvi en l'energia cinètica del propi cos:
En aquest sentit, la diferència d’energia cinètica o el moment final i inicial són només dues mesures diferents dels efectes de l’acció d’una força.
Descripció
Importància física
L’energia és una gran quantitat física (l’energia de dos cossos és simplement la suma de les energies dels cossos preses individualment), que té una importància central en la formulació de moltes teories, des de la mecànica clàssica a la termodinàmica , des de la teoria de la relativitat fins a mecànica quàntica .
Una definició precisa d’energia no és fàcil de proporcionar, l’energia no té realitat material, sinó que és més aviat un concepte matemàtic abstracte que expressa una restricció respecte a possibles processos i una simetria temporal de lleis físiques. Per tant, no hi ha cap substància o fluid corresponent a l’energia pura. Com va escriure Feynman:
( EN ) "És important adonar-se que avui en física no tenim coneixement de què és l'energia". | ( IT ) "És important tenir en compte que, en la física actual, no coneixem què és l'energia". |
( Richard Feynman , Física de Feynman , Vol I, pàg. 4-1 ) |
Un cos pot augmentar o disminuir la seva energia com a resultat d'una interacció amb altres cossos: el canvi d'energia reflecteix, per tant, els canvis que s'han produït en les seves propietats microscòpiques. Hi ha nombroses interaccions possibles; des d’un punt de vista qualitatiu, es poden distingir la mecànica, amb per exemple col·lisions entre cossos rígids o forces entre partícules puntuals, de la termodinàmica, on, per exemple, es tenen en compte les reaccions entre gasos a diferents temperatures. Des del punt de vista del tipus d’interacció, hi ha diferents tipus de forces a la natura, com ara la gravitacional, la nuclear o l’elèctrica. Tot i això, tots aquests processos possibles deixen inalterada la quantitat d'energia total, la qual cosa es converteix en la quantitat física constant dels sistemes tancats o aïllats.
Importància tecnològica
En l’àmbit tecnològic, l’energia permet, mitjançant la seva explotació a nivell industrial, la transformació de matèries primeres en productes o béns finals o directament el subministrament de serveis útils per a l’home i la societat.
La societat moderna depèn en gran mesura de l’energia (especialment en les seves formes d’energia mecànica, d’energia elèctrica, d’energia química i d’energia tèrmica) en tots els seus processos de producció i gestió (per exemple, automoció , transport marítim i aeri , calefacció , il·luminació , funcionament d’ equips elèctrics i processos industrials). El problema energètic global és, per tant, de gran interès i preocupació pel que fa a l’esgotament en el temps de les fonts fòssils , la principal font d’energia primària, l’ús intensiu de la qual ha permès un desenvolupament econòmic considerable des de la primera revolució industrial fins als nostres dies.
Unitat de mesura
La unitat de mesura derivada del sistema internacional per a l'energia és el joule (símbol: J ); [1] en termes d'unitats fonamentals del SI, 1 J és igual a 1 kg · m 2 · s −2 . En CGS la unitat de mesura de l'energia és erg , [1] equivalent a 1 dímetre centímetre i en termes d'unitat base CGS a 1 g cm 2 s −2 (correspon a 10 −7 J).
Depenent de l’abast, s’adopten altres unitats de mesura per mesurar l’energia:
- electronvolt = 1,60217646 × 10 −19 J
- caloria = 4.186 799 940 9 J
- Unitat tèrmica britànica (BTU) = 1 055,06 J
- quilowatts hora = 3,6 × 10 6 J
Energia mecànica
L’energia mecànica és la suma d’energia cinètica i energia potencial relacionada amb el mateix sistema, que es distingeix de l’energia total del sistema, que també inclou l’energia interna.
Energia cinètica
L’energia cinètica és l’energia que depèn únicament de l’estat de moviment del sistema considerat i de la dels seus components relatius. Per a un cos puntual l'energia cinètica és igual a la meitat del producte de la massa del cos pel quadrat de la seva velocitat :
L’energia cinètica és una quantitat que només pot assumir valors positius. Tenint en compte els cossos estirats rígids no puntuals, l'energia cinètica també dependrà de la velocitat angular a través d'un terme addicional anomenat energia de rotació .
La variació de l’energia cinètica després de l’acció d’una força està lligada al treball , és a dir, al producte escalar de la força multiplicat per la distància del desplaçament realitzat. El treball d'una força realitzada sobre un cos és de fet igual al canvi en l'energia cinètica del propi cos:
basat en el teorema del treball de l’energia o el teorema de les forces vives .
Energia potencial

L’energia potencial és un tipus d’energia que depèn únicament de la configuració o la posició dels cossos i les partícules que interactuen.
Segons el tipus d’interacció i força considerats, hi ha nombrosos tipus d’energia potencial. L’exemple més senzill d’energia potencial és el que posseeix un cos de massa col·locat a una alçada al camp de gravitació terrestre, igual a:
- ,
on és és l’ acceleració de la gravetat . Aquest tipus d’energia només depèn de la posició d’un cos i quan es deixa caure, l’energia potencial canvia de forma amb el pas del temps convertint-se en cinètica. L'energia potencial es defineix fins a una constant additiva, en aquest exemple fins a la possible elecció del punt respecte del qual es mesura l'alçada .
Energia tèrmica
La calor i el treball com a formes d’intercanvi d’energia
La calor i el treball no es poden definir com a "formes d'energia", tot i que tenen les mateixes unitats de mesura ja que no són propietats d'un sol cos, sinó propietats de la transformació termodinàmica considerada. [11] En altres paraules, la calor i el treball no són posseïts per un sistema i, per tant, no són una variable d'estat, sinó que són "energia en trànsit", la manifestació experimental de l' intercanvi d'energia que es produeix a través de dos sistemes. Tot i això, la calor i el treball es poden mesurar i utilitzar a la pràctica per predir la diferència d’energia que posseeix un cos entre el final i l’inici del procés o transformació.
En termodinàmica, el principi de conservació de l'energia està contingut en la primera llei de la termodinàmica , segons la qual la variació d'energia d'un sistema és igual a la suma de calor i treballar respectivament transferits i realitzats per l'entorn extern al sistema: [12]
No tota l'energia d'un sistema és capaç de produir treball en una transformació termodinàmica, a causa de la segona llei de la termodinàmica . De fet, la quantitat d'energia d'un sistema disponible per produir treball pot ser molt inferior a la quantitat total del sistema. La relació entre l’energia utilitzable i l’energia subministrada per una màquina s’anomena eficiència . [13]
Principi de conservació de l'energia

La invariancia de la quantitat total d’energia s’expressa pel principi de conservació de l’energia , segons el qual la variació de l’energia en una regió de l’espai és igual al flux net d’energia que flueix a l’espai exterior. Tot i que l’expressió exacta de l’energia pot variar segons els casos considerats, fins ara no s’ha descobert cap procés capaç d’augmentar o disminuir l’energia a nivell mundial, només pot canviar de forma transformant-se.
El principi de conservació ha guiat el descobriment de noves formes d’energia i ha permès descobrir nous tipus de processos físics i fins i tot noves partícules. A principis del segle XX , es van descobrir algunes desintegracions nuclears amb emissió d' electrons que no semblaven satisfer el principi de conservació de l'energia. Per resoldre el problema el 1924, Niels Bohr va plantejar la idea que a nivell atòmic l'energia no es conservava estrictament, proposant una teoria que va resultar ser errònia. Wolfgang Pauli el 1930 i Enrico Fermi el 1934, considerant fonamental i mantenint ferma la conservació de l'energia, van postular l'existència de noves interaccions i una nova partícula mai observada abans que fos capaç de transportar l'energia que faltava en els experiments. D’aquesta manera, guiats pel principi de conservació de l’energia, van ser capaços de descobrir el neutrí , una partícula sense càrrega elèctrica, realment observada experimentalment el 1959. [14]
El principi de conservació de l'energia reflecteix la simetria temporal de les lleis físiques respecte a les traduccions temporals, és a dir, el fet que aquestes no canvien amb el pas del temps. Un experiment realitzat al mateix temps donarà el mateix resultat que el mateix experiment realitzat en les mateixes condicions però al mateix temps . [15] En la teoria de la relativitat , la conservació de l'energia i la conservació de l'impuls es combinen en una única llei que correspon globalment a la simetria de les traduccions en l' espai-temps en quatre dimensions.
El principi, nascut en el camp de l’energia mecànica, també es pot estendre a totes les altres formes d’energia a partir de la calor , ja que s’obté per dissipació de l’energia mecànica a nivell macroscòpic i és energia cinètica a nivell molecular. totes les altres formes d’energia es degraden inevitablement en calor.
En física clàssica i en física moderna
En física clàssica , l'energia és una propietat escalar contínua emmagatzemada per un sistema.
En canvi , en mecànica quàntica , per als sistemes lligats (és a dir, sistemes en què l'energia de la partícula no supera les barreres potencials), es " quantifica ", és a dir, pot assumir un nombre discret de valors (o "energia"). nivells ").
La massa com a forma d’energia
La famosa equació d' Einstein E = mc² , una derivació directa de la teoria especial de la relativitat , mostra com la massa i l'energia són dues "cares de la mateixa moneda" d'un sistema físic. De fet, a partir d’aquesta senzilla equació queda clar que l’energia contribueix a la inèrcia d’un cos com la massa, és a dir, l’energia també contribueix a la resistència del cos a l’acceleració.
Les lleis quàntiques han demostrat que la massa es pot transformar en energia i viceversa, en processos nuclears, per exemple, la desintegració de metalls pesants com l’urani en elements més lleugers condueix a un defecte de massa corresponent a l’alliberament d’energia en forma de radiació.
Per tant, en comparació amb la mecànica clàssica, on la massa i l’energia es conserven per separat, en la relativitat especial es poden fusionar els dos principis físics en un únic principi amb el nom de principi de conservació de massa / energia .
Formes d’energia
L’energia existeix de diverses formes, cadascuna de les quals té la seva pròpia expressió en termes dels detalls del sistema que es té en compte, com ara la velocitat o la distància relativa entre les partícules. Les principals formes d’energia són: [1] [16]
- Energia mecànica , clàssicament com la suma d' energia potencial i energia cinètica [1] [17]
- Energia química
- Energia electromagnètica
- Energia gravitacional
- Energia tèrmica
- L’energia nuclear
L’ energia potencial elàstica és la que posseeix un material elàstic sotmès a deformació. La llum o energia radiant és l’energia transportada dels fotons que formen la llum, per tant l’energia de la radiació electromagnètica.
Fonts d’energia

Les principals fonts d’energia a través de les quals és possible produir electricitat , energia tèrmica o energia mecànica directament són: [1]
- Combustibles fòssils
- L’energia nuclear
- Energia hidroelèctrica
- Energia solar
- Energia eòlica
- Energia geotèrmica
- Energia magnètica
- Energia mareomotriu
- Energia recollida
El terme “ energia procedent de fonts renovables ” significa aquelles fonts d’energia que no s’acaben ni s’esgoten en temps que van més enllà de l’escala de temps “humana” (per exemple: solar, eòlica, geotèrmica, mareomotriu, fusió nuclear), en cas contrari parlem d '" energia de fonts no renovables " (per exemple, petroli i carbó ), mentre que el terme " energia alternativa " significa les fonts d'energia que es poden utilitzar per substituir l'energia química produïda pels combustibles clàssics o les fonts fòssils . [16]
Conversió i transformació d’energia
Parlem de "conversió" quan passem d'una forma d'energia a una altra, mentre que parlem de "transformació" quan la forma d'energia continua sent la mateixa, però es modifiquen alguns paràmetres característics.
Per exemple, una bateria permet convertir l’energia química en energia elèctrica, mentre que un transformador permet transformar l’energia elèctrica variant la seva tensió i intensitat de corrent .
Cada vegada que es produeix una conversió, una part de l’energia (més o menys substancial) es converteix inevitablement en energia tèrmica ; [13] en aquest cas parlem d '" efectes dissipatius ".
Energia alimentària
En el context de la química dels aliments , parlem de valor energètic per referir-nos a l’energia que el cos humà pot rebre a través del consum d’un aliment.
Com que una part de l'energia continguda en un aliment es pot perdre durant els processos digestius i metabòlics, el valor energètic pot ser inferior al valor experimental obtingut en cremar l'aliment en un calorímetre de bomba . [18] Per aquest motiu, s'han desenvolupat mètodes experimentals que tenen en compte aquesta pèrdua d'energia. Un d’aquests mètodes és l’ús dels anomenats factors Atwater , gràcies als quals el valor energètic d’un aliment es calcula a partir del valor energètic associat a alguns dels seus macronutrients més importants des del punt de vista energètic, en particular: els greixos , proteïnes i hidrats de carboni. [18]
A Europa, el valor energètic s’informa per llei a l’ etiqueta nutricional dels productes alimentaris, on s’indica en kcal o kJ per quantitat de producte.
Nota
- ^ a b c d e f g Energy , a treccani.it , Treccani Vocabulary.
- ↑ Douglas Harper, Energy , Online Etymology Dictionary . Consultat el 6 de maig de 2011 .
- ^ Fabrizio Bigotti, El paper dels principis dunamis-energheia en la teoria aristotèlica de l'intel·lecte .
- ↑ Daniele Gambarara i Domenico La medica a Rai educational .
- ↑ Ferdinando Abbri, Història de les ciències , volum 5, 1995, pàg. 245.
- ^ Vis mortua , a treccani.it . Consultat el 10 de novembre de 2013 .
- ↑ Física de Leibniz , plato.stanford.edu .
- ^ Tingueu en compte, però, que el factor 1/2 estava absent en la definició de Leibniz de força viva
- ↑ Carolyn Iltis, Leibniz i la controvèrsia vis viva ( PDF ).
- ^ Tanmateix, ni tan sols d'Alembert va ser capaç de resoldre definitivament la controvèrsia, vegeu Alembert, Jean Le Rond D ' , a encyclopedia.com . Consultat el 10 de novembre de 2013 .
- ^ L' energia en termodinàmica és, per tant, una funció d'estat
- ^ Notació IUPAC, vegeu (EN) Quantitats, unitats i símbols en química física (Llibre Verd de la IUPAC) (PDF), a media.iupac.org. secció 2.11 Termodinàmica química
- ^ a b Turchetti , pàg. 158 .
- ^ (EN) Charlez P. Enz, fa cinquanta anys Pauli va inventar el neutrí (PDF).
- ^ (EN) Richard Feynman, de 52 anys , a The Feynman Lectures of physics.
- ^ a b Turchetti , pàg. 154 .
- ↑ Turchetti , pàg. 155 .
- ^ a b Briggs .
Bibliografia
- Richard Feynman , La física de Feynman , Bolonya, Zanichelli, 2001 .:
- Vol.I, cap.4: Conservació de l'energia
- Vol. I, cap. 13: Treball i energia potencial (A)
- Vol. I, par. 15-9 Equivalència de massa i energia
- Vol. I, par. 16-5 Energia relativista
- Enrico Turchetti, Romana Pasi, Elements of Physics , 1a ed., Zanichelli, 1998, ISBN 88-08-09755-2 .
- (EN) David Briggs, Mark Wahlqvist, Visionary Voyager, Food Facts - Energy , Penguin Books, 1998.
Articles relacionats
- Calor
- Densitat d'energia
- Desastres energètics
- L'eficiència energètica
- Energia (enginyeria)
- Gradient energètic de sal
- Energia del buit
- Energia d'interacció
- Energia d’ionització
- Energia d'enllaç
- Energia de punt zero
- Energia gris
- Energia interna
- Energia lliure
- Energia lliure de Gibbs
- Energia lliure de Helmholtz
- Energia fosca
- Emmagatzematge d’energia
- Treball (física)
- Llei de conservació de l'energia
- Potència (física)
- Principi de conservació
- Problema energètic
- Recursos i consum d'energia al món
- Transferència d’energia
- Energia cinètica
Altres projectes
-
Viquipèdia conté cites sobre energia
-
El Viccionari conté el diccionari lema « energia »
-
Viquinotícies conté notícies actuals sobre energia
-
Wikimedia Commons conté imatges o altres fitxers sobre energia
Enllaços externs
- energy , a Treccani.it - Enciclopèdies en línia , Institut de l'Enciclopèdia Italiana .
- (EN) Energy , a Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
- (EN) Energy on The Encyclopedia of Science Fiction .
- Energy , a Treccani.it - Enciclopèdies en línia , Institut de l'Enciclopèdia Italiana.
Controllo di autorità | Thesaurus BNCF 7201 · GND ( DE ) 4014692-3 · BNF ( FR ) cb119314344 (data) · NDL ( EN , JA ) 00561932 |
---|