La Energia Una Idea Fructifera Y Alternativa a La Fuerza

Energía

En la física, energía (A partir de Griega ἐνέργεια - energeia, “Actividad, operación”, de ἐνεργός - energos, “Activo, de trabajo”[1]) Es una cantidad que a menudo se entiende como la capacidad de un sistema físico tiene que producir cambios en otro sistema físico.[2][3]

Los cambios se producen cuando la energía se transfiere de un sistema a otro. Un sistema puede transferir la energía a través de tres maneras, a saber: física o trabajo termodinámico, el calor transferencia, o de transferencia de masa.

Esta cantidad se puede asignar a cualquier sistema físico. La energía asignada, de acuerdo con Física Clásica, Depende de su estado físico en relación con el marco de referencia para estudiarlo.

Por otra parte, en Física relativista, Cuando se utiliza un sistema de referencia inercial, invariante de masas la energía es independiente de este tipo de marcos de referencia. La masa invariante de un sistema es el mismo en todos los sistemas de referencia inerciales, es decir que su equivalente energético (la energía de masa invariante) sería el mismo en todos los sistemas de referencia inerciales, también.

Todas las formas de energía que un sistema tiene puede pertenecer a uno de los dos grandes componentes: el interior de la energía y la energía externa (que no debe confundirse con la energía del entorno que está fuera del sistema). Todas las clases de las energías internas y externas pueden, además, ser clasificada como la energía cinética o energía potencial. La energía cinética considera la masa y el movimiento de un sistema. Si el sistema se estudia como un todo, se llama energía cinética externa. La energía térmica es la energía cinética interna y se considera el movimiento de cada partícula constitutiva del sistema (moléculas, átomos, electrones, etc.) La la energía potencial gravitatoria es una energía potencial externo y es por lo que el energía potencial electrostática. La energía elástica es una energía potencial interno. Las formas de energía son a menudo el nombre de un grupo de asociados, como en los ejemplos anteriores.

Algunas formas de energía están asociados con el comportamiento de partículas como el del sistema. Sin embargo, puede haber casos como el de la energía del sonido en el que el efecto global de energía está relacionado con el comportamiento ondulatorio del sistema. En el caso específico del sonido, hay una transmisión de oscilaciones en la presión a través del sistema. La energía asociada a la sonido ola convierte de ida y vuelta entre la energía potencial elástica de compresión adicionales (en caso de ondas longitudinales) O la tensión de desplazamiento lateral (en el caso de ondas transversales) De la materia y la energía cinética de las oscilaciones del medio de los cuales se hace el sistema para arriba.

físico alemán Hermann von Helmholtz estableció que todas las formas de energía son equivalentes - la energía de una forma puede desaparecer pero la misma cantidad de energía van a aparecer en otra forma.[4] Una nueva formulación de esta idea es que la energía está sujeta a una Ley de Conservación de con el tiempo.

Cualquier forma de energía puede ser transformado en otra forma. Cuando la energía está en una forma distinta de la energía térmica, puede ser transformada con una buena eficiencia perfecta o incluso, a cualquier otro tipo de energía. Con la energía térmica, sin embargo, a menudo existen límites a la eficiencia de la conversión a otras formas de energía, debido a la la segunda ley de la termodinámica. A modo de ejemplo, cuando petróleo reacciona con el oxígeno, se libera la energía potencial, ya que nuevos enlaces químicos se forman en los productos que son más estables que los del petróleo y oxígeno. La energía liberada como resultado de este proceso puede ser convertida directamente en electricidad (como en una pila de combustible) con buena eficacia. Alternativamente, puede ser convertida en energía térmica si el aceite es simplemente quemado. En este último caso, sin embargo, parte de la energía térmica ya no pueden ser utilizados para trabajar a esa temperatura, y se dice que es “degradado”. Como tal, existe en una forma disponible para su posterior transformación. El resto de la energía térmica puede utilizarse para producir cualquier otro tipo de energía, como la electricidad.

En todos estos transformación de energía procesos, la energía total sigue siendo el mismo. La energía no puede ser creada ni destruida. Este principio, el conservación de la energía, Se postuló por primera vez en el siglo 19, y se aplica a cualquier sistema aislado. De acuerdo con teorema de Noether, La conservación de la energía es una consecuencia del hecho de que las leyes de la física no cambian con el tiempo.[5]

Aunque la energía total de un sistema no cambia con el tiempo, su valor puede depender de la marco de referencia. Por ejemplo, un pasajero sentado en un avión en movimiento tiene energía cinética nula relación con el avión, pero la energía cinética no nula (y mayor energía total) en relación con el Tierra.

La energía es un escalar cantidad física. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), de la energía se mide en julios, Pero en algunos campos de otras unidades, como kilovatios-hora y kilocalorías también se utilizan.

Historia Artículos principales: Historia de la energía y línea de tiempo de la termodinámica, mecánica estadística, y los procesos aleatorios

La palabra energía se deriva de Griega ἐνέργεια (energeia), Que, posiblemente, aparece por primera vez en la obra de Aristóteles en el siglo cuarto antes de Cristo.

La concepto de energía surgió de la idea de fuerza viva (Fuerza vital), que Leibniz define como el producto de la masa de un objeto y su velocidad al cuadrado, que creía que el total de fuerza viva se conserva. Para dar cuenta de la desaceleración debido a la fricción, Leibniz, la teoría de que la energía térmica consiste en el movimiento aleatorio de los elementos constitutivos de la materia, una opinión compartida por Isaac Newton, Aunque sería más de un siglo hasta que fue aceptado en general. En 1807, Thomas Young fue posiblemente el primero en utilizar el término “energía” en lugar de fuerza viva, En su sentido moderno.[6] Gustave-Gaspard Coriolis se describe “la energía cinética”En 1829, en su sentido moderno, y en 1853, William Rankine acuñó el término “energía potencial”. Se sostuvo durante algunos años si la energía era una sustancia (el calórico) O simplemente una cantidad física, tales como impulso.

William Thomson (Lord Kelvin) Fusionaron todas estas leyes en las leyes de termodinámica, Que ayudó a la rápida evolución de las explicaciones de los procesos químicos, utilizando el concepto de energía Rudolf Clausius, Willard Gibbs Josías, Y Walther Nernst. También dio lugar a una formulación matemática de la noción de entropía por Clausius y la introducción de las leyes de energía radiante por Jozef Stefan.

Durante una conferencia de 1961[7] para los estudiantes de pregrado en la Instituto Tecnológico de California, Richard Feynman, Un profesor de física y celebra Premio Nobel, Dijo lo siguiente sobre el concepto de energía:

    No es un hecho, o si lo desea, un Derecho, Que rige todos los fenómenos naturales que se conocen hasta la fecha. No hay excepción conocida a esta ley-que es exacta la medida en que sabemos. La ley se llama conservación de la energía. Afirma que hay una cierta cantidad, que llamamos energía, que no cambia en múltiples cambios que sufre la naturaleza. Esa es una idea más abstracta, porque es un principio matemático, sino que dice que hay una cantidad numérica que no cambia cuando algo ocurre. No es una descripción de un mecanismo, o algo concreto, es sólo un hecho extraño que se puede calcular un número y cuando terminar de ver la naturaleza pasan por sus trucos y calcular el número de nuevo, es la misma.
    —Las conferencias de Feynman sobre Física

Desde 1918 se ha sabido que la ley de conservación de la energía es la consecuencia directa de la matemática simetría de traslación de la cantidad conjugado a la energía, a saber, tiempo. Es decir, la energía se conserva, porque las leyes de la física no distinguen entre los diferentes momentos del tiempo (véase teorema de Noether). [edición] Energía en diversos contextos

El concepto de energía y su transformaciones es útil para explicar y predecir fenómenos más naturales. La dirección de las transformaciones de la energía (¿qué tipo de energía se transforma en lo otro tipo) a menudo es descrito por entropía (Propagación de energía igual entre todos los disponibles grados de libertad) Consideraciones, como en la práctica todas las transformaciones de la energía están permitidos en pequeña escala, pero algunas transformaciones más grandes no están permitidos porque es estadísticamente poco probable que la energía o la materia al azar se moverá hacia formas más concentradas o de espacios más pequeños.

La concepto de la energía está muy extendido en todas las ciencias.

    * En el contexto de química, La energía es un atributo de una sustancia como consecuencia de su estructura atómica, molecular o agregado. Dado que una transformación química se acompaña de un cambio en uno o más de estos tipos de estructura, es siempre acompañada de un aumento o disminución de la energía de las sustancias involucradas. Parte de la energía se transfiere entre el entorno y los reactivos de la reacción en forma de calor o la luz, por lo que los productos de una reacción puede tener más o menos energía que los reactivos. Una reacción se dice que es exergónica si el estado final es menor en la escala de energía que el estado inicial, en el caso de endergónica las reacciones de la situación es la inversa. Las reacciones químicas no siempre es posible a menos que el reactivo superar una barrera de energía conocida como la energía de activación. La velocidad de una reacción química (a la temperatura T dada) se relaciona con la energía de activación E, por el factor de la población de Boltzmann e − E / kT - Que es la probabilidad de la molécula de tener más energía, o igual a E en la propuesta temperatura T. Esta dependencia exponencial de la velocidad de reacción de la temperatura se conoce como el Ecuación de Arrhenius. La energía de activación necesaria para una reacción química puede ser en forma de energía térmica.

    * En la biología, La energía es un atributo de todos los sistemas biológicos de la biosfera a los más pequeños que viven organismo. Dentro de un organismo que es responsable del crecimiento y el desarrollo de un biológico celular o una orgánulo de un biológica organismo. La energía es lo que a menudo se dice que es almacenada por las células en las estructuras de las moléculas de sustancias como el hidratos de carbono (Azúcares, entre ellos), lípidos, Y proteínas, Que liberan energía cuando reaccionan con oxígeno en la respiración. En términos humanos, el equivalente humano (Él) (conversión de energía Humanos) indica, por una determinada cantidad de gasto de energía, la cantidad relativa de energía necesaria para el consumo humano el metabolismo, Suponiendo un gasto medio de energía humana de 12.500 kJ por día y un la tasa metabólica basal de 80 vatios. Por ejemplo, si nuestros órganos de ejecución (en promedio) a 80 vatios, entonces un foco de luz funciona a 100 vatios está funcionando a 1.25 equivalentes humanos (100 ÷ 80), es decir 1,25 Él. Para una tarea difícil de duración sólo unos segundos, una persona puede sacar miles de watts, muchas veces los 746 vatios de potencia oficial. Para las tareas que dura unos minutos, un ser humano en forma puede generar unos 1.000 vatios. Para una actividad que debe ser sostenida por una hora, la producción cae a alrededor de 300, para una actividad mantuvo durante todo el día, es de unos 150 vatios máximo.[8] El equivalente humano ayuda a la comprensión de los flujos de energía en los sistemas físicos y biológicos, expresando las unidades de energía en términos humanos: proporciona una “sensación” para el uso de una cantidad determinada de energía[9]
    * En geología, la deriva continental, sierras, volcanes, Y terremotos son fenómenos que se pueden explicar en términos de transformaciones de energía en el interior de la Tierra.,[10] mientras que meteorológicos fenómenos como la viento, la lluvia, granizo, la nieve, rayo, tornados y huracanes, Son resultado de las transformaciones de la energía producida por la energía solar en el ambiente del planeta Tierra.
    * En la cosmología y la astronomía los fenómenos de la estrellas, nova, supernova, cuásares y estallidos de rayos gamma son transformaciones del universo de mayor producción de energía de la materia. Todos los estelar fenómenos (como la actividad solar) son impulsados por diversos tipos de transformaciones de energía. De energía en estas transformaciones es o bien del colapso gravitacional de la materia (generalmente hidrógeno molecular) en varias clases de objetos astronómicos (estrellas, los agujeros negro, etc), o de la fusión nuclear (de elementos más ligeros, principalmente hidrógeno).

transformaciones de energía en el universo con el tiempo se caracterizan por diversos tipos de energía potencial que ha estado disponible desde el Big Bang, Después de ser “liberados” (transformado a más tipos de activos de energía como la energía cinética o radiante), cuando un mecanismo de activación está disponible.

Ejemplos conocidos de estos procesos incluyen la desintegración nuclear, en el que se libera energía que fue originalmente “almacenados” en isótopos pesados (como uranio y torio), Por nucleosíntesis, Un proceso en última instancia, usando la energía potencial gravitatoria liberado de la colapso gravitacional de supernovas, Para almacenar la energía en la creación de estos elementos pesados antes de que se incorporaron en el sistema solar y la Tierra. Esta energía se ha disparado y lanzado en nucleares bombas de fisión. En un proceso más lento, desintegración radiactiva de estos átomos en el núcleo de la Tierra libera calor. Esto lleva a la energía térmica la tectónica de placas y puede levantar montañas, a través de orogénesis. Esta elevación lenta representa un tipo de almacenamiento de energía potencial gravitatoria de la energía térmica, que puede ser posteriormente puesto en libertad a la energía cinética activo en deslizamientos de tierra, después de un evento de disparo. Los terremotos también liberan energía potencial elástica almacenada en las rocas, una tienda que se ha producido en última instancia de las fuentes de calor radiactivo mismo. Por lo tanto, de acuerdo con la comprensión actual, eventos familiares, tales como deslizamientos de tierra y terremotos de liberación de energía que se almacena como energía potencial en el campo gravitacional de la Tierra o la deformación elástica (energía potencial mecánica) en las rocas. Antes de esto, que representan la liberación de energía que han sido almacenados en átomos pesados desde el colapso de largo destruidas estrellas supernova creado estos átomos.

En otra cadena similar de las transformaciones a partir de los albores del universo, fusión nuclear de hidrógeno en el Sol también libera otro almacén de energía potencial que se creó en el momento de la Big Bang. En ese momento, según la teoría, la ampliación del espacio y el universo se enfrió demasiado rápido para el hidrógeno para unirse completamente en elementos más pesados. Esto significa que el hidrógeno representa una reserva de energía potencial que puede ser puesto en libertad por la fusión. Este proceso de fusión se desencadena por el calor y la presión generada por el colapso gravitatorio de nubes de hidrógeno cuando se producen las estrellas, y parte de la energía de fusión se transforma en luz del sol. Esta luz solar desde el Sol de nuevo puede ser almacenada como energía potencial gravitatoria después de golpear la Tierra, como (por ejemplo) el agua se evapora de los océanos y se deposita sobre las montañas (en el que, después de ser liberados en una represa hidroeléctrica, que puede ser utilizado para conducir turbinas y generadores para producir electricidad). La luz solar también las unidades de muchos fenómenos meteorológicos, salvo los generados por los eventos volcánicos. Un ejemplo de un fenómeno meteorológico solar es mediada por un huracán, que se produce cuando las grandes zonas inestables de mar caliente, calefacción en los meses, renunciar a una parte de su energía térmica de repente al poder de unos días de movimiento de aire violento. La luz del sol también es capturado por las plantas como la energía potencial químico en fotosíntesis, Cuando el dióxido de carbono y agua (dos compuestos de baja energía) se convierten en los compuestos de alta energía los hidratos de carbono, lípidos y proteínas. Las plantas también liberan oxígeno durante la fotosíntesis, que es utilizado por organismos vivos como aceptor de electrones, Para liberar la energía de los carbohidratos, lípidos y proteínas. La liberación de la energía almacenada durante la fotosíntesis en forma de calor o la luz puede ser activado de repente por una chispa, en un incendio forestal, o puede ser puesto a disposición más lentamente para los animales o el metabolismo humano, cuando estas moléculas se ingieren, y catabolismo se desencadena por enzima la acción.

A través de todas estas cadenas de transformación, la energía potencial almacenada en el momento del Big Bang es posteriormente puesto en libertad por los acontecimientos intermedios, a veces se almacenan en un número de formas en el tiempo entre versiones, como la energía más activa. En todos estos eventos, un tipo de energía se convierte en otros tipos de energía, incluyendo el calor. [edición] Conservación de la energía Artículo principal: Conservación de la energía

La energía es objeto de la ley de la conservación de la energía. De acuerdo con esta ley, la energía ni se crea (producido) ni se destruye por sí misma. Sólo se puede transformar.

La mayoría de los tipos de energía (con energía gravitacional es una excepción notable)[11] también están sujetos a las estrictas leyes locales de conservación, así como. En este caso, la energía sólo puede ser intercambiada entre las regiones adyacentes del espacio, y todos los observadores están de acuerdo en cuanto a la densidad volumétrica de energía en un espacio dado. También existe una ley global de conservación de la energía, indicando que la energía total del universo no puede cambiar, lo cual es un corolario de las leyes locales, pero no viceversa.[7][12] Conservación de la energía es la consecuencia matemática de simetría de traslación de tiempo (Es decir, la indistinción de los intervalos de tiempo necesario en función del tiempo)[13] - Véase teorema de Noether.

De acuerdo con conservación de la energía la ley del flujo total de energía en un sistema debe ser igual al flujo de salida total de energía del sistema, más la variación de la energía contenida en el sistema.

Esta ley es un principio fundamental de la física. Se deduce de las simetría de traslación de tiempo, Una característica de la mayoría de los fenómenos por debajo de la escala cósmica que los hace independientes de su ubicación en la coordenada de tiempo. Dicho de otra manera, ayer, hoy y mañana son físicamente indistinguibles.

Esto es porque la energía es la cantidad que se conjugada canónica en cuando. Este enredo matemático de los resultados de la energía y el tiempo también en el principio de incertidumbre - que es imposible definir la cantidad exacta de energía durante cualquier intervalo de tiempo definido. El principio de incertidumbre no debe confundirse con la conservación de la energía - sino que establece los límites matemáticos para que la energía puede, en principio, definir y medir.

En la mecánica cuántica la energía se expresa utilizando el hamiltoniano creador. En cualquier escala de tiempo, la incertidumbre en la energía es

    \Delta E \Delta t \ge \frac { \hbar } {2 } 

que es similar en forma a la de Heisenberg principio de incertidumbre (Pero no realmente matemáticamente equivalente a éstas, ya que H y t no son dinámicamente variables conjugadas, ni en la clásica ni en la mecánica cuántica).

En la física de partículas, Esta desigualdad permite una comprensión cualitativa de partículas virtuales que llevan impulso, El intercambio por el cual y con partículas reales, es responsable de la creación de todos los conocidos fuerzas fundamentales (Más exactamente se conoce como interacciones fundamentales). Fotones virtuales (Que son simplemente más bajo de la mecánica cuántica estatal de energía de fotones) También son responsables de la interacción electrostática entre cargas eléctricas (Que se traduce en La ley de Coulomb), Para espontánea decaimiento radiactivo salió de estados atómicos y nucleares, para la Casimiro vigor, Para van der Waals fuerzas de bonos y algunos otros fenómenos observables. [edición] Aplicaciones del concepto de energía

La energía está sujeta a una estricta la ley de conservación global, Es decir, cada vez que se mide (o calcula) la energía total de un sistema de partículas cuyas interacciones no dependen explícitamente del tiempo, se comprueba que la energía total del sistema siempre permanece constante.[14]

    * La energía total de un sistema de pueden subdividirse y clasificarse de diversas maneras. Por ejemplo, a veces es conveniente distinguir energía potencial (Que es una función de las coordenadas solamente) la energía cinética (Que es una función de coordinación de tiempo derivados solamente). También puede ser conveniente distinguir entre la energía gravitacional, la energía eléctrica, energía térmica, y otras formas. Estas clasificaciones se superponen, por ejemplo, la energía térmica por lo general consiste en parte de la cinética y en parte de la energía potencial.
    * La la transferencia de de la energía puede adoptar diversas formas; ejemplos conocidos incluyen el trabajo, el flujo de calor, y la advección, como se a continuación.
    * La palabra “energía” también se utiliza fuera de la física de muchas maneras, lo que puede conducir a la ambigüedad y la incoherencia. La lengua vernácula la terminología no es coherente con terminología técnica. Por ejemplo, mientras que la energía siempre se conserva (en el sentido de que la energía total no cambia a pesar de las transformaciones de la energía), la energía se puede convertir en una forma, por ejemplo, la energía térmica, que no puede ser utilizado para realizar el trabajo. Cuando se habla de “la conservación de energía por conducción menos”, se habla de la conservación de los combustibles fósiles y la prevención de la energía útil que se pierda como calor. Este uso de “conservar” difiere de la de la ley de conservación de la energía.[12]

En la física clásica de energía se considera una cantidad escalar, el conjugada canónica a tiempo. En la relatividad especial la energía es también un escalar aunque no es un ( Lorentz escalar sino un componente de tiempo de la de energía-momento 4-vector).[15] En otras palabras, la energía es invariante con respecto a las rotaciones de espacio, Pero no invariante con respecto a las rotaciones de espacio-tiempo (= aumenta). [edición] Transferencia de energía

Puesto que la energía es estrictamente conservados y también se conserva a nivel local (donde se puede definir), es importante recordar que en la definición de la energía de la transferencia de energía entre el “sistema” y las regiones adyacentes es el trabajo. Un ejemplo familiar es el trabajo mecánico. En casos simples, esto se escribe como la siguiente ecuación:

    ΔE = W













    (1)

si no hay otra energía, la transferencia de los procesos involucrados. Aquí E es la cantidad de energía transferida, y Wrepresenta el trabajo realizado sobre el sistema.

En términos más generales, la transferencia de energía se pueden dividir en dos categorías:

    ΔE = W + Q













    (2)

donde Q representa el flujo de calor en el sistema.

Hay otras formas en que un sistema abierto puede ganar o perder energía. En los sistemas químicos, la energía se puede agregar a un sistema mediante la adición de sustancias con potenciales químicos diferentes, que se extraen los potenciales (tanto de estos procesos se ilustran mediante un auto abastecimiento de combustible, un sistema que gana en la energía de tal modo, sin adición de cualquiera de las trabajo o calor). Cuerda a un reloj sería añadir energía a un sistema mecánico. Estos términos se puede agregar a la ecuación anterior, o que por lo general se pueden subsumir en una cantidad llamada “Además de energía a largo plazo E”Que se refiere a cualquier tipo de energía transportada por la superficie de un control de volumen o volumen del sistema. Los ejemplos se puede ver arriba, y muchos otros puede ser imaginado (por ejemplo, la energía cinética de una corriente de partículas que entran en un sistema, o la energía de un rayo láser aumenta la energía del sistema, sin alguna de estas circunstancias ya sea con el trabajo hecho o el calor añadido , en el sentido clásico).

    ΔE = W + Q + E













    (3)

Donde E en esta ecuación general representa otros términos adicionales de energía advección no incluidas en el trabajo realizado en un sistema, o el calor añadido al mismo.

La energía también se transfiere de la energía potencial (Ep) A la energía cinética (Ek) Y luego de vuelta a la energía potencial constante. Esto se conoce como la conservación de la energía. En este sistema cerrado, la energía no se crea ni se destruye, por lo tanto, la energía inicial y la final de energía será igual a la otra. Esto se puede demostrar por el texto siguiente:

    Epi + Eki = EpF + EkF













    (4)

La ecuación se puede simplificar aún más desde Ep = mgh (Masa por la aceleración debido a los tiempos de la gravedad de la altura) y E_k = \frac{1}{2} mv^2 (La mitad de la velocidad de la masa al cuadrado). Entonces la cantidad total de energía se puede encontrar mediante la adición de Ep + Ek = Etotunal. [edición] Energía y las leyes del movimiento

En la mecánica clásica, La energía es una propiedad conceptual y matemáticamente útil, ya que es un cantidad que se conserva. Varias formulaciones de la mecánica se han desarrollado utilizando la energía como concepto fundamental. [edición] El hamiltoniano

La energía total de un sistema es a veces llamado el Hamiltoniano, Después de William Rowan Hamilton. Las ecuaciones clásicas del movimiento se puede escribir en términos del hamiltoniano, incluso para sistemas altamente complejos o abstractos. Estas ecuaciones clásicas han notablemente análogos directa en la mecánica cuántica no relativista.[16] [edición] El lagrangiano

Otro concepto relacionado con la energía se denomina Lagrange, Después de Louis Joseph Lagrange. Esto es aún más fundamental que el hamiltoniano, y puede ser utilizado para derivar las ecuaciones de movimiento. Fue inventado en el contexto de la mecánica clásica, Pero en general es útil en la física moderna. La función de Lagrange se define como la energía cinética menos la energía potencial.

Por lo general, el formalismo de Lagrange es matemáticamente más conveniente que el hamiltoniano para sistemas no-conservadores (como los sistemas con la fricción). [edición] Energía y Termodinámica [edición] Interior de la energía

Interior de la energía es la suma de todas las formas microscópicas de la energía de un sistema. Es la energía necesaria para crear el sistema. Se relaciona con la energía potencial, por ejemplo, la estructura molecular, la estructura de cristal y otros aspectos geométricos, así como el movimiento de las partículas, en forma de energía cinética. Termodinámica se refiere principalmente a cambios en la energía interna y no su valor absoluto, que es imposible determinar con la termodinámica solo.[17] [edición] Las leyes de la termodinámica

De acuerdo con la la segunda ley de la termodinámica, El trabajo puede ser totalmente convertida en el calor, Pero no al revés. Esto es una consecuencia matemática de la mecánica estadística. La primera ley de la termodinámica simplemente afirma que la energía se conserva,[18] y que la calefacción está incluida como una forma de transferencia de energía. Un corolario de uso general de la primera ley es que por un “sistema” con sujeción únicamente a la presión fuerzas y la transferencia de calor (por ejemplo, un cilindro lleno de gas), el cambio diferencial en la energía del sistema (con un ganancia de la energía representado por una cantidad positiva) se da como la siguiente ecuación:

    \mathrm{d}E = T\mathrm{d}S - P\mathrm{d}V\,,

donde el primer término de la derecha es la transferencia de calor en el sistema, definido en términos de la temperatura T y entropía S (En el que aumenta la entropía y el cambio del dS es positivo cuando el sistema se calienta), y el último término en el lado derecho se identifica como “trabajo” realizado sobre el sistema, donde la presión es P y el volumen V (Los resultados de signo negativo ya que la compresión del sistema requiere de un trabajo por hacer en él y por lo que el cambio de volumen, dV, Es negativo cuando el trabajo se realiza en el sistema). Aunque esta ecuación es el ejemplo de libro de texto estándar de la conservación de la energía en la termodinámica clásica, que es altamente específico, haciendo caso omiso de todos los químicos, las fuerzas eléctricas, nucleares, y la gravedad, los efectos como advección de cualquier forma de energía que no sea el calor, y porque contiene un término que depende de la temperatura. La declaración más general de la primera ley (es decir, la conservación de la energía) es válido incluso en situaciones en las que la temperatura es indefinible.

La energía se expresa a veces como la siguiente ecuación:

    \mathrm{d}E=\delta Q+\delta W\,,

que no es satisfactoria[12] porque no puede existir ninguna función del estado termodinámico W o Q que son significativas en el lado derecho de esta ecuación, excepto quizás en casos triviales. [edición] Equipartición de la energía

La energía de un mecánico oscilador armónico (Una masa en un resorte) es alternativa cinética y potencial. En dos puntos en la oscilación ciclo de es totalmente cinética, y, alternativamente, en otros dos puntos que es totalmente posible. Durante todo el ciclo, o más ciclos, la energía neta es, pues, igualmente dividido entre cinética y potencial. Esto se llama equipartición principio, La energía total de un sistema con muchos grados de libertad es igualmente dividido entre todos los grados de libertad disponibles.

Este principio es de vital importancia para entender el comportamiento de una cantidad muy relacionado con la energía, llamada entropía. La entropía es una medida de la uniformidad de un distribución de energía entre las partes de un sistema. Cuando un sistema aislado es dado más grados de libertad (es decir, dado un nuevo disponible estados de energía que son los mismos que los actuales Estados), entonces la energía total se extiende por todos los grados de manera equitativa, sin distinción entre los grados “nuevo” y “viejo”. Este resultado matemático se llama el la segunda ley de la termodinámica. [edición] Osciladores, fonones y fotones

	En esta sección puede contener investigación original. Por favor, mejorarlo por verificar las alegaciones formuladas y la adición de referencias. Las declaraciones que consiste solamente en la investigación original puede ser eliminado. Más detalles están disponibles en el hablar página. (Agosto 2009)

En un conjunto (colección conectado) de sincronizada osciladores, La energía media se extiende por igual entre los tipos de cinética y potencial.

En un sólido, energía térmica (A menudo a que se refiere en términos generales como el contenido de calor) puede ser descrito con precisión por un conjunto de térmica fonones que actúan como osciladores mecánicos. En este modelo, la energía térmica es igual cinética y potencial.

En una de los gases ideales, El potencial de interacción entre las partículas es esencialmente el función delta que almacena ninguna energía: por lo tanto, toda la energía térmica es cinética.

Debido a que un oscilador eléctrico (Circuito LC) Es análoga a un oscilador mecánico, su energía debe ser, en promedio, igual cinética y potencial. Es totalmente arbitraria si la energía magnética se considera cinética y si la energía eléctrica se considera potencial, o viceversa. Es decir, ya sea el inductor es análogo a la masa, mientras que el condensador es análoga a la primavera, o viceversa.

1. Por extensión de la línea anterior de pensamiento, en espacio libre el campo electromagnético puede ser considerado como un conjunto de osciladores, lo que significa que la radiación de energía se puede considerar por igual potencial y cinética. Este modelo es útil, por ejemplo, cuando el electromagnéticos Lagrange es de interés primordial y se interpreta en términos de energía potencial y cinética.

2. Por otra parte, en la ecuación clave m2c4 = E2 − p2c2, La contribución mc2 se llama la energía en reposo, y todas las demás contribuciones a la energía se llama energía cinética. Para una partícula que tiene masa, esto implica que la energía cinética es 0.5p2 / m a una velocidad mucho menor que c, Como puede probarse por escrito E = mc2 √(1 + p2m − 2c − 2) y la ampliación de la raíz cuadrada de orden más bajo. En esta línea de razonamiento, la energía de un fotón es totalmente cinética, ya que el fotón no tiene masa y no tiene energía en reposo. Esta expresión es útil, por ejemplo, cuando la energía-contra la relación de momento es de interés primordial.

Los dos análisis son totalmente coherentes. Los grados eléctricos y magnéticos de la libertad en el punto 1 se transversal a la dirección del movimiento, mientras que la velocidad en el punto 2 se a lo largo de la dirección del movimiento. Para las partículas no relativistas estos dos conceptos de energía potencial frente cinética son numéricamente iguales, por lo que la ambigüedad es inofensivo, pero no así para las partículas relativistas. [edición] Trabajo y trabajo virtual Artículos principales: Mecánica, Trabajo mecánico, Termodinámica, Y Mecánica cuántica

Trabajo, una forma de energía, es fuerza por distancia.

    W = \int_C \mathbf{F} \cdot \mathrm{d} \mathbf{s}

Esto dice que el trabajo (W) Es igual a la integral de línea de la fuerza F a lo largo de un camino C; Para más detalles ver la el trabajo mecánico artículo.

la energía de trabajo y por lo tanto es marco de dependientes. Por ejemplo, consideremos una bola que es golpeada por un bate. En el marco de referencia del centro de masas, el murciélago no realiza trabajo sobre el balón. Pero, en el marco de referencia de la persona manejando el bate, se hace un trabajo considerable en la bola. [edición] Mecánica cuántica Artículo principal: Energía creador

En la mecánica cuántica de la energía se define en términos de la operador de la energía como un derivado del tiempo de la función de onda. La Ecuación de Schrödinger equipara el operador de energía de toda la energía de una partícula o un sistema. En los resultados se pueden considerar como una definición de medida de la energía en la mecánica cuántica. La ecuación de Schrödinger describe el espacio-tiempo y la dependencia de la evolución lenta (no relativista) función de onda de los sistemas cuánticos. La solución de esta ecuación para el sistema de enlazado es discreta (un conjunto de estados permitidos, cada uno caracterizado por una el nivel de energía) Que se traduce en el concepto de cuantos. En la solución de la ecuación de Schrödinger para cualquier oscilador (vibrador) y para las ondas electromagnéticas en el vacío, los estados de energía resultante se relacionan con la frecuencia por la Planck ecuación E = hν (Donde h es el La constante de Planck y ν la frecuencia). En el caso de la onda electromagnética estos estados de energía son llamados quanta de la luz o fotones. [edición] Relatividad

Al calcular la energía cinética (trabajo para acelerar un masa de cero velocidad en cierta velocidad finita) relativista - utilizando Transformaciones de Lorentz en lugar de la mecánica newtoniana, Einstein descubrió un producto inesperado de estos cálculos a ser un término de energía que no desaparecen a velocidad cero. Él lo llama resto de la energía en masa - La energía que debe poseer cada misa, incluso cuando está en reposo. La cantidad de energía es directamente proporcional a la masa del cuerpo:

    E = mc2,

donde

    m es la masa,
    c es el velocidad de la luz en el vacío,
    E es la energía de masa en reposo.

Por ejemplo, considere la posibilidad de electrones-positrón aniquilación, en el que se destruye la masa en reposo de las partículas individuales, pero la inercia equivalente del sistema de las dos partículas (su invariante de masas) Sigue siendo (desde toda la energía está asociada con la masa), y esta inercia y la masa invariante se llevó por los fotones que individualmente no tienen masa, sino como un sistema de retener a su masa. Este es un proceso reversible - el proceso inverso se denomina par de la creación - En la que la masa en reposo de las partículas se crea a partir de la energía de dos (o más) fotones de aniquilación. En este sistema el la materia (Electrones y positrones) se destruye y se transforma en energía no importa (los fotones). Sin embargo, la masa total del sistema y la energía no cambian durante esta interacción.

En la relatividad general, la tensor de tensión-energía sirve como el término de origen para el campo gravitatorio, en analogía a la masa en bruto manera sirve como el término fuente en la aproximación newtoniana no relativista.[15]

No es raro escuchar que la energía es “equivalente” a la masa. Sería más exacto decir que toda la energía equivalente a una inercia y la gravedad, y porque la masa es una forma de energía, a continuación, la masa también tiene la inercia y la gravedad asociada a ella. [edición] La energía y la vida Artículo principal: Bioenergética Información general básica de la energía y la vida humana.

Cualquier organismo vivo depende de una fuente externa de energía de la radiación del Sol en el caso de las plantas verdes, la energía química de alguna forma en el caso de los animales, para poder crecer y reproducirse. El diario 1500–2000 Calorías (06/08 MJ) recomendado para un adulto humano se toman como una combinación de moléculas de oxígeno y los alimentos, estos últimos sobre todo hidratos de carbono y grasas, de los cuales la glucosa (C 6 H 12 O 6?) Y estearina (C 57 H 110 O 6?) Son ejemplos conveniente. Las moléculas de los alimentos se oxidan a dióxido de carbono y el agua en el mitocondrias

        C 6 H 12 O 6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
        C 57 H 110 O 6 + 81.5O2 → 57Co2 + 55H2O

y parte de la energía se utiliza para convertir ADP en ATP

        ADP + HPO 42?− → ATP + H2O

El resto de la energía química de los carbohidratos y la grasa se convierte en calor: el ATP se utiliza como una especie de “moneda energética”, y algunos de la energía química que contiene cuando se divide y se hace reaccionar con el agua, se utiliza para otros el metabolismo (En cada etapa de un vía metabólica, Parte de la energía química se convierte en calor). Sólo una pequeña fracción de la energía química original se utiliza para el trabajo:[19]

    ganancia en la energía cinética de un corredor durante una carrera de 100 m: 4 kJ
    ganancia en la energía potencial gravitatoria de un peso de 150 kg levantó a 2 metros: 3kJ
    La media de consumo de alimentos de un adulto normal: 6.8 MJ

Parece ser que los organismos vivos son notablemente ineficientes (en el sentido físico) en el uso de la energía que reciben (energía química o la radiación), y es cierto que la mayoría real máquinas gestionar una mayor eficiencia. En el cultivo de organismos de la energía que se convierte en calor sirve a un propósito fundamental, ya que permite que el tejido organismo a ser muy ordenado con lo que se refiere a las moléculas que se construye a partir. La la segunda ley de la termodinámica dice que la energía (y materia) tiende a ser más uniformemente distribuidos en todo el universo: para concentrar la energía (o materia) en un lugar específico, es necesario difundir una mayor cantidad de energía (en forma de calor) a través del resto de la universo (“el entorno”).[20] los organismos más simples se puede lograr una mayor eficiencia de energía que otros más complejos, pero los organismos complejos pueden ocupar nichos ecológicos que no están disponibles para sus hermanos más simple. La conversión de una parte de la energía química en calor en cada paso en una vía metabólica es la razón física detrás de la pirámide de biomasa observada en ecología: Tomar sólo el primer paso en la la cadena alimentaria, De un estimado de 124,7 Pg / a de carbono que es fija por fotosíntesis, El 64,3 Pg / a (52%) se utilizan para el metabolismo de las plantas verdes,[21] es decir, reconvertido en dióxido de carbono y el calor. [edición] Medición Un diagrama esquemático de un Calorímetro - Un instrumento utilizado por los físicos para medir la energía

Puesto que la energía se define como la capacidad para hacer el trabajo sobre los objetos, no existe una medida absoluta de la energía. Sólo la transición de un sistema de un estado a otro puede ser definido y por lo tanto la energía se mide en términos relativos. La elección de una línea de base o punto cero es a menudo arbitraria y se puede hacer de cualquier manera que sea más conveniente para un problema. [edición] Métodos

Los métodos para la de medición de energía a menudo implementar métodos para la medición de aún más los conceptos fundamentales de la ciencia, a saber, masa, distancia, la radiación, la temperatura, tiempo, carga eléctrica y corriente eléctrica.

Convencionalmente la técnica más empleada es calorimetría, Un termodinámico técnica que se basa en la medición de la temperatura con un termómetro o de intensidad de la radiación con un bolómetro. [edición] Unidades Artículo principal: Unidades de energía

A lo largo de la historia de la ciencia, la energía se ha expresado en varias unidades diferentes, tales como ergios y calorías. En la actualidad, la unidad de medida aceptada para la energía es el SI unidad de energía, el julio. Además de los julios, otras unidades de la energía incluyen el kilovatios hora (KWh) y el unidad térmica británica (BTU). Estas son las unidades más grandes de la energía. Un kWh es exactamente equivalente a 3.600.000 julios, y una BTU equivale a cerca de 1.055 julios.[22] [edición] Densidad de energía Artículo principal: Densidad de energía

Densidad de energía es un término usado por la cantidad de energía útil almacenada en un sistema o una región del espacio por unidad de volumen.

Por combustibles, La energía por unidad de volumen a veces es un parámetro útil. En algunas aplicaciones, comparando, por ejemplo, la eficacia de de combustible de hidrógeno a gasolina resulta que el hidrógeno tiene un mayor específico de energía que lo hace la gasolina, pero, incluso en forma líquida, una energía mucho más bajo densidad. [edición] Las formas de energía Calor, Una forma de energía, se debe en parte energía potencial y en parte la energía cinética.

En el contexto de ciencias físicas, Varias formas de energía se han definido. Estos incluyen:

    * La energía térmica, La energía térmica en tránsito que se llama el calor
    * Energía química
    * La energía eléctrica
    * Radiante de energía, La energía de la radiación electromagnética
    * Energía nuclear



    * La energía magnética
    * la energía elástica
    * Sound Energy
    * Energía mecánica
    * La energía luminosa

Estas energías se pueden dividir en dos grupos principales; la energía cinética y energía potencial. Otros tipos familiares de la energía son una mezcla variada de energía potencial y cinética. La energía se puede transformado entre estas formas.

La lista anterior de las formas conocidas de energía posible no es necesariamente completa. Cada vez que los científicos físicos descubren que un determinado fenómeno parece violar la ley de conservación de la energía, Las nuevas formas se pueden agregar, como es el caso de la energía oscura, Una forma hipotética de energía que permea todo el espacio y tiende a aumentar la tasa de expansión del universo.

La mecánica clásica distingue entre energía potencial, Que es una función de la posición de un objeto, y la energía cinética, Que es una función de su movimiento. Tanto la posición y el movimiento son relativos a un marco de referencia, Que deberá ser: esto es a menudo (y originalmente) un punto arbitrario fijo en la superficie de la Tierra, la terrestres marco de referencia. Se ha intentado clasificar todos los las formas de energía, ya sea como cinética o potencial: esto no es incorrecto, pero tampoco es claro que es una simplificación real, como Feynman señala:

    Estos conceptos de energía potencial y cinética depende de una noción de escala de longitud. Por ejemplo, se puede hablar de macroscópico energía potencial y cinética, que no incluyen la energía térmica potencial y cinética. También lo que se llama energía potencial químico (abajo) es un concepto macroscópico, y más cerca una investigación revela que en realidad es la suma de los potenciales y cinética de energía a escala atómica y subatómica. Observaciones similares se aplican a la energía nuclear “potencial” de la energía y la mayoría de otras formas de energía. Esta dependencia de la escala de longitud no es problemático si las escalas de longitud diferentes son disociados, como suele ser el caso … pero la confusión puede surgir cuando las diferentes escalas de longitud se juntan, por ejemplo, cuando la fricción convierte el trabajo macroscópico en energía térmica microscópicas.

Ejemplos de la interconversión de energía La energía mecánica se convierte en por Energía mecánica Palanca La energía térmica Frenos De energía eléctrica Dinamo La radiación electromagnética Sincrotrón Energía química Partidos Energía nuclear Acelerador de partículas [edición] Energía mecánica

manifiesta la energía mecánica en muchas formas, pero se pueden clasificar en energía potencial elástica y energía cinética. La energía potencial es un término muy general, porque existe en todos los campos de fuerza, tales como campos de gravitación, electrostática y magnética. La energía potencial se refiere a la energía de cualquier objeto se debe a su posición en un campo de fuerza. Artículo principal: La energía potencial

La energía potencial, los símbolos Ep, V o Φ, Se define como el trabajo realizado en contra de una determinada fuerza (= Trabajo de dada la fuerza con el signo menos) en el cambio de la posición de un objeto con respecto a una posición de referencia (a menudo llevado a una separación infinita). Si F es el fuerza y s es el desplazamiento,

        E_{\rm p} = -\int \mathbf{F}\cdot{\rm d}\mathbf{s}

con el punto que representa el producto escalar de los dos vectores.

El nombre de “potencial” de la energía significó originalmente la idea de que la energía que fácilmente podría ser transferida como trabajo-al menos en un sistema idealizado (proceso reversible, véase más adelante). Esto no es del todo cierto para cualquier sistema real, pero a menudo es una primera aproximación razonable en la mecánica clásica.

La ecuación general anterior se puede simplificar en un número de casos comunes, en particular cuando se trata de gravedad o con las fuerzas elásticas. [edición] energía potencial elástica Mientras la pelota cae libremente bajo la influencia de gravedad, Se acelera su descenso y la inicial energía potencial convertir en la energía cinética. El impacto con una superficie dura y la pelota se deforma, convirtiendo la energía cinética en la energía potencial elástica. Cuando la pelota salta hacia atrás, la energía se convierte de nuevo en primer lugar a la energía cinética y luego como la altura de la bola de nuevo las ganancias en energía potencial. Conversión de energía para calentar debido a la inelástica deformación y la resistencia del aire causa cada rebote sucesivos a ser menor que el anterior. Artículo principal: energía potencial elástica

energía potencial elástica se define como un trabajo necesario para comprimir (o ampliar) un resorte. La fuerza, F, En un primavera o cualquier otro sistema que obedece a la ley de Hooke es proporcional a la extensión o compresión, x,

        F = − kx

donde k es el fuerza constante de la primavera en particular (o sistema). En este caso, el trabajo se convierte en calcula

        E_{\rm p,e} = {1\over 2}kx^2

sólo cuando k es constante. la ley de Hooke es una buena aproximación para el comportamiento de enlaces químicos en condiciones normales, es decir, cuando no se están rotos o formados. [edición] Energía cinética Artículo principal: Energía cinética

La energía cinética, los símbolos Ek, T o K, Es el trabajo necesario para acelerar un objeto a una velocidad determinada. De hecho, el cálculo de este trabajo fácilmente obtiene la siguiente:

        E_{\rm k} = \int \mathbf{F} \cdot d \mathbf{x} = \int \mathbf{v} \cdot d \mathbf{p}= {1\over 2}mv^2

A velocidades cercanas a la velocidad de la luz, c, Este trabajo debe ser calculado utilizando Transformaciones de Lorentz, Que se traduce en lo siguiente:

        E_{\rm k} = m c^2\left(\frac{1}{\sqrt{1 - (v/c)^2}} - 1\right) 

Aquí los dos términos en el lado derecho se identifican con el total de energía y la energía en reposo del objeto, respectivamente. Esta ecuación se reduce a la anterior que, en pequeñas (en comparación con c) Velocidad. La energía cinética es cero en v = 0, por lo que en reposo, la energía total es la energía en reposo. Por lo tanto, una masa en reposo tiene la cantidad de energía total igual a:

        Eresto = mc2

Esta energía se llama así resto de la energía en masa. [edición] Superficie de energía

Si hay cualquier tipo de tensión en una superficie, como una hoja estirada de interfaces de caucho o material, es posible definir superficie de energía. En particular, cualquier reunión de materiales diferentes que no se mezclan dará lugar a algún tipo de tensión superficial, Si hay libertad para las superficies que se mueven entonces, como se ve en superficies capilar por ejemplo, la energía mínima que como siempre se solicita.

Un superficie mínima, Por ejemplo, representa la menor energía posible que una superficie puede tener si su energía es proporcional al área de la superficie. Por esta razón, (abierta) películas de jabón de tamaño pequeño son superficies mínimas (tamaño pequeño reduce los efectos de la gravedad, y la apertura evita que la presión se acumule. Tenga en cuenta que una burbuja es una superficie mínima energía, pero no una superficie mínima por definición). [edición] la energía de sonido

El sonido es una forma de vibración mecánica que se propaga a través de cualquier medio mecánico. Está estrechamente relacionado con la capacidad del oído humano para percibir el sonido. La amplia zona exterior de la oreja se maximiza para recoger las vibraciones sonoras. Que se amplifica y se pasa a través del oído externo, el tímpano en huelga, que transmite los sonidos al oído interno. Fuego nervios auditivos de acuerdo a las vibraciones particulares de las ondas de sonido en el oído interno, que designan cosas como el tono y el volumen del sonido. El oído está configurado de forma óptima para interpretar la energía del sonido en forma de vibraciones. [edición] Gravitatoria de energía Artículo principal: La energía potencial gravitatoria

La fuerza de la gravedad cerca de la superficie de la Tierra varía muy poco con la altura, h, Y es igual a la masa, m, Multiplicado por el aceleración de la gravedad, g= 9,81 m / s ². En estos casos, la energía potencial gravitatoria viene dada por

        Ep, g = mgh

Una expresión más general para la energía potencial debido a la la gravitación de Newton entre dos cuerpos de masas m1 y m2, Útil en la astronomía, Es

        E_{\rm p,g} = -G{{m_1m_2}\over{r}},

donde r es la separación entre los dos cuerpos y G es el constante gravitacional, 6.6742(10)×10−11m3kg−1s−2.[23] En este caso, el punto de referencia es la separación infinita de los dos cuerpos. [edición] La energía térmica Ejemplos de la interconversión de energía La energía térmica se convierte en por Energía mecánica Turbina de vapor La energía térmica Intercambiador de calor De energía eléctrica Termopar La radiación electromagnética Objetos calientes Energía química Alto horno Energía nuclear Supernova Artículo principal: La energía térmica

La energía térmica (de algunos medios de comunicación - de gas, plasma, sólidos, etc) es la energía asociada con el movimiento aleatorio de partículas microscópicas que constituyen los medios de comunicación. Por ejemplo, en el caso del gas monoatómico es sólo una energía cinética del movimiento de los átomos de gas, medida en el marco de referencia del centro de masa del gas. En el caso de las moléculas de la energía de los gases de rotación y vibración está involucrado. En el caso de los líquidos y los sólidos también hay energía potencial (de la interacción de los átomos) que participan, y así sucesivamente.

El calor se define como una transferencia (flujo) de energía térmica a través de cierto límite (por ejemplo, de un cuerpo caliente al frío a través del área de su contacto. Una definición práctica de las pequeñas transferencias de calor

        \Delta q = \int C_{\rm v}{\rm d}T

donde Cv es el capacidad calorífica del sistema. Esta definición se producirá un error si el sistema sufre un fase de transición-e.g. si el hielo se derrite con el agua-como en estos casos el sistema puede absorber calor sin aumentar su temperatura. En sistemas más complejos, es preferible utilizar el concepto de interior de la energía más que el de la energía térmica (véase Energía química a continuación).

A pesar de los problemas teóricos, la definición anterior es útil en la medida experimental de los cambios de energía. En una gran variedad de situaciones, es posible utilizar la energía liberada por un sistema para elevar la temperatura de otro objeto, por ejemplo, un baño de agua. También es posible medir la cantidad de energía eléctrica necesaria para elevar la temperatura del objeto en la misma cantidad. La calorías se definió originalmente como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en 1 ° C (aproximadamente 4,1855 J, aunque más tarde cambió la definición), y el unidad térmica británica se define como la energía necesaria para calentar una libra de agua por un ° F (Más tarde fijos 1055,06 J). [edición] De energía eléctrica Artículos principales: Electromagnetismo y Electricidad Ejemplos de la interconversión de energía La energía eléctrica se convierte en por Energía mecánica Motor eléctrico La energía térmica Resistencia De energía eléctrica Transformador La radiación electromagnética Diodo emisor de luz Energía química Electrólisis Energía nuclear Sincrotrón [edición] La energía electrostática

La energía potencial eléctrica de la configuración dada de cargas se define como la trabajo que se debe hacer en contra de la Coulomb fuerza para reorganizar los cargos de la separación infinita a esta configuración (o el trabajo realizado por la fuerza de Coulomb separar los cargos de esta configuración hasta el infinito). Para dos cargas puntuales Q1 y Q2 a una distancia r este trabajo, y por lo tanto el potencial de la energía eléctrica es igual a:

        E_{\rm p,e} = {1\over {4\pi\epsilon_0}}{{Q_1Q_2}\over{r}}

donde ε0 es el eléctrico constante de un vacío, 107/ 4πc0² o 8.854188 × 10 …−12F / m.[23] Si la carga se acumula en un condensador (De capacitancia C), La configuración de referencia suele ser seleccionado no una separación infinita de cargos, pero al revés - los cargos en una proximidad muy cerca uno del otro (lo que no es cero carga neta en cada placa de un condensador). La justificación de esta elección es puramente práctico - es más fácil medir la diferencia de voltaje y la magnitud de las cargas en un condensador de placas no frente a la separación infinita de cargos, sino más bien frente a descarga de condensadores en los gastos de retorno a la proximidad entre sí (los electrones y los iones se recombinan haciendo que las placas neutro). En este caso, el trabajo y por lo tanto la energía potencial eléctrica se convierte en

        E_{\rm p,e} = {{Q^2}\over{2C}}

[edición] De energía eléctrica

Si un corriente eléctrica pasa a través de un resistencia, La energía eléctrica se convierte en calor, y si la corriente pasa a través de un aparato eléctrico, parte de la energía eléctrica se convierte en otras formas de energía (aunque algunos siempre se pierde como calor). La cantidad de energía eléctrica debido a una corriente eléctrica se puede expresar de varias maneras diferentes:

        E = UQ = UIt = Pt = {{U^2}{t}\over{R}} = {I^2}Rt 

donde U es el diferencia de potencial eléctrico (En voltios), Q es la carga (en culombios), I es la corriente (en amperios), t es el tiempo durante el cual fluye la corriente (en segundos), P es el el poder (En vatios) Y R es el resistencia eléctrica (En ohmios). La última de estas expresiones es importante en la medición práctica de la energía, como diferencia de potencial de resistencia, y todo el tiempo se puede medir con una precisión considerable. [edición] La energía magnética

No hay ninguna diferencia fundamental entre la energía magnética y la energía eléctrica: los dos fenómenos están relacionados por ecuaciones de Maxwell. La energía potencial de un imán de momento magnético m en un campo magnético B se define como la trabajo de la fuerza magnética (en realidad de los campos magnéticos par) En la re-alineación del vector del momento dipolar magnético, y es igual:

        E_{\rm p,m} = -m\cdot B

mientras que la energía almacenada en un inductor (De inductancia L) Cuando la corriente I pasa a través de es

        E_{\rm p,m} = {1\over 2}LI^2.

Esta segunda expresión es la base de superconductores magnéticos de almacenamiento de energía. [edición] Energía electromagnética Ejemplos de la interconversión de energía La radiación electromagnética se convierte en por Energía mecánica Vela solar La energía térmica Colector solar De energía eléctrica De células solares La radiación electromagnética la óptica no lineal Energía química Fotosíntesis Energía nuclear Espectroscopia Mössbauer

Cálculo trabajo necesarios para crear un campo eléctrico o magnético por unidad de volumen (por ejemplo, en un condensador o un inductor) da lugar a los campos eléctricos y magnéticos densidades de energía:

        u_e=\frac{\epsilon_0}{2} E^2 

y

        u_m=\frac{1}{2\mu_0} B^2 ,

en unidades del SI.

La radiación electromagnética, tales como microondas, la luz visible o los rayos gamma, Representa un flujo de energía electromagnética. La aplicación de las expresiones anteriores a los componentes eléctricos y magnéticos del campo electromagnético, tanto la densidad volumétrica y el flujo de energía en el campo de m / e se puede calcular. El resultado Vector de Poynting, Que se expresa como

        \mathbf{S} = \frac{1}{\mu} \mathbfĒ \times \mathbf{B},

en unidades del SI, da la densidad del flujo de energía y su dirección.

La energía de la radiación electromagnética está cuantizada (ha discreta los niveles de energía). La separación entre estos niveles es igual a

        E = hν

donde h es el Constante de Planck, 6.6260693(11)×10−34Js,[23] y ν es el frecuencia de la radiación. Esta cantidad de energía electromagnética se suele llamar un fotón. Los fotones que componen la luz visible tiene energías de 270 a 520 YJ, equivalente a 160–310 kJ / mol, la fuerza del más débil enlaces químicos. [edición] Energía química Artículo principal: Química Termodinámica Ejemplos de la interconversión de energía La energía química se convierte en por Energía mecánica Muscular La energía térmica Fuego De energía eléctrica Pilas de combustible La radiación electromagnética Luciérnagas Energía química Reacción química

Energía química es la energía debida a las asociaciones de átomos en las moléculas y varios otros tipos de agregados de la materia. Puede ser definido como un trabajo realizado por las fuerzas eléctricas durante el reordenamiento de las posiciones mutuas de los cargos eléctrica, los electrones y protones, en el proceso de agregación. Así que, básicamente, es la energía potencial electrostática de las cargas eléctricas. Si la energía química de un sistema disminuye durante una reacción química, la diferencia se transfiere a los alrededores de alguna forma (a menudo el calor o la luz), Por el otro lado, si la energía química de un sistema aumenta como resultado de un reacción química - La diferencia entonces es suministrada por el entorno (por lo general otra vez en forma de el calor o la luz). Por ejemplo,

    cuando dos de hidrógeno átomos reaccionan para formar una molécula de dihidrógeno, la energía química disminuye por 724 ZJ (el de bonos de energía del enlace H-H);
    cuando el electrón se elimina por completo de un átomo de hidrógeno, formando un ion de hidrógeno (en la fase gaseosa), la energía química aumenta por 2,18 aJ (el la energía de ionización de hidrógeno).

Es común que se citan los cambios en la energía química de un topo de la sustancia en cuestión: los valores típicos para el cambio en la energía química molar durante una reacción química rango de decenas a cientos de kilojulios por mol.

La energía química según la definición anterior también se le conoce por químicos como el interior de la energía, U: Técnicamente, esto se mide por el mantenimiento de la volumen de la constante del sistema. La mayoría de la química práctica se realiza a presión constante y, si los cambios de volumen durante la reacción (por ejemplo, un gas que se desprende), una corrección se debe aplicar para tener en cuenta el trabajo realizado por o en la atmósfera para obtener el entalpía, H:

        ΔH = ΔU + PΔV

Una segunda corrección, por el cambio en la entropía, S, También se deben realizar para determinar si una reacción química que se llevará a cabo o no, dando la Energía libre de Gibbs, G:

        ΔG = ΔH − TΔS

Estas correcciones son a veces insignificantes, pero no a menudo (especialmente en las reacciones que implican los gases).

Desde el revolución industrial, La quema de del carbón, petróleo, de gas natural o productos derivados de ellos ha sido una transformación social importante de la energía química en otras formas de energía. la energía “consumo” (una realidad deberíamos hablar de “transformación de la energía”) de una sociedad o país es citado a menudo en referencia a la energía media liberada por el de combustión de estos los combustibles fósiles:

    1 tonelada de carbón equivalente (TCE) = 29.3076 GJ = 8141 kilovatios hora
    1 tonelada de equivalente de petróleo (TOE) GJ = 41.868 = 11.630 kilovatios hora

Sobre la misma base, un tanque lleno de gasolina (45 litros, 12 litros) es equivalente a alrededor de 1,6 GJ de energía química. Otra unidad químicamente base de medida de energía es la tonelada “de TNT”Son, en 4.184 GJ Por lo tanto, la quema de una tonelada de emisiones de petróleo cerca de diez veces más energía que la explosión de una tonelada de TNT. Afortunadamente, la energía suele ser liberados en un lento, de manera más controlada.

Ejemplos sencillos de almacenamiento de energía química son las baterías y los alimentos. Cuando la comida se digiere y metaboliza (a menudo con el oxígeno), la energía química se libera, que a su vez puede transformarse en calor, o por los músculos en energía cinética. [edición] Energía nuclear Artículo principal: Vinculante de la energía nuclear Ejemplos de la interconversión de energía La energía nuclear se convierte en vinculante en por Energía mecánica Radiación alfa La energía térmica Sun La energía eléctrica Radiación beta La radiación electromagnética Radiación gamma Energía química De desintegración radiactiva Energía nuclear Isomerismo nuclear

Potencial de la energía nuclear, Junto con energía potencial eléctrica, Proporciona la energía liberada de fisión nuclear y fusión nuclear procesos. El resultado de ambos procesos son núcleos en los que el tamaño más óptimos del núcleo permite que el fuerza nuclear (Que es la oposición de la fuerza electromagnética) Para ligar las partículas nucleares más estrechamente que antes de la reacción.

La La fuerza nuclear débil (Diferente de la fuerza fuerte) proporciona la energía potencial de ciertos tipos de desintegración radiactiva, como desintegración beta.

La energía liberada en los procesos nucleares es tan grande que el cambio en la masa relativista (después de la energía ha sido eliminado) puede ser hasta de varias partes por mil.

Partículas nucleares (nucleones) Como los protones y los neutrones son no destruidos (ley de conservación de número bariónico) En los procesos de fisión y de fusión. Algunas partículas más ligero puede ser creada o destruida (por ejemplo: la desintegración beta y beta ± o deterioro de captura de electrones), pero estos procesos de menor importancia no son importantes para la liberación inmediata de energía en la fisión y la fusión. Por el contrario, la fisión y la liberación de energía de fusión cuando las colecciones de bariones más fuertemente unidos, y es la energía asociada con una fracción de la masa de los nucleones (pero no las partículas de todo) que aparece como el calor y la radiación electromagnética generada por las reacciones nucleares . Este calor y la radiación conserva la “falta” de comunicación, pero la masa no se encuentra sólo porque se escapa en forma de calor o la luz, que conservan la masa y llevar a cabo fuera del sistema si éste no se mide.

La energía de la Sun, También llamado la energía solar, Es un ejemplo de esta forma de conversión de energía. En el Sun, El proceso de fusión de hidrógeno se convierte cerca de 4 millones de toneladas de materia solar por segundo en la luz, que se irradia hacia el espacio, pero durante este proceso, el número total de protones y neutrones en el sol no cambia. En este sistema, la luz misma retiene el equivalente de inercia de esta masa, y la propia masa (como un sistema), lo que representa 4 millones de toneladas por segundo de la radiación electromagnética, moviéndose en el espacio. Cada uno de los núcleos de helio que se forman en el proceso es menos masivo que los cuatro protones desde que se formaron, pero (para una buena aproximación), sin partículas o átomos se destruyen en el proceso de convertir la energía del sol potencial nuclear a la luz. [edición] Transformaciones de la energía Artículo principal: Conversión de la energía

Una forma de energía a menudo puede ser fácilmente transformado en otro con la ayuda de un dispositivo-por ejemplo, una batería, de energía química a energía eléctrica; Un presa: la energía potencial gravitatoria a la energía cinética de movimiento el agua (Y las aspas de un turbina) Y, finalmente, energía eléctrica a través de un generador eléctrico. Del mismo modo, en el caso de un explosión química, potencial químico la energía se transforma en la energía cinética y energía térmica en un tiempo muy corto. Otro ejemplo es el de un péndulo. En sus puntos más altos de la la energía cinética es cero y el la energía potencial gravitatoria está al máximo. En su punto más bajo del la energía cinética está al máximo y es igual a la disminución de energía potencial. Si uno (no realista) se supone que no hay fricción, La conversión de energía entre estos procesos es perfecto, y el péndulo seguirá oscilando siempre.

De energía da lugar a peso cuando se está atrapado en un sistema con momento cero, donde se puede pesar. También es equivalente a la masa, y esta masa se asocia siempre con él. La masa es también equivalente a una cierta cantidad de energía, y también aparece siempre asociada a ella, como se describe en equivalencia masa-energía. La fórmula E = mc², obtenidas por Albert Einstein (1905) cuantifica la relación entre el resto de masa y energía en reposo dentro del concepto de la relatividad especial. En los diferentes marcos teóricos, las fórmulas similares se obtuvieron J. J. Thomson (1881), Henri Poincaré (1900), Friedrich Hasenöhrl (1904) y otros (ver Masa-energía equivalente Historia # para más información).

La materia puede ser destruido y convertido a la energía (y viceversa), pero la masa no puede nunca ser destruida, sino que, en masa sigue siendo una constante, tanto para la materia y la energía, durante cualquier proceso cuando se convierten en uno al otro. Sin embargo, desde c2 es muy grande en relación con las escalas ordinarias humanos, la conversión de la cantidad de operaciones la materia (Por ejemplo, 1 kg) a otras formas de energía (como el calor, la luz y otras radiaciones) puede liberar enormes cantidades de energía (~9×1016 julios = 21 megatones de TNT), como puede verse en los reactores nucleares y armas nucleares. Por el contrario, su equivalente en masa de una unidad de energía es minúsculo, por lo que una pérdida de energía (pérdida de masa) de la mayoría de los sistemas es difícil de medir en peso, a menos que la pérdida de energía es muy grande. Ejemplos de transformación de la energía en la materia (es decir, la energía cinética en las partículas con masa en reposo) se encuentran en alta energía física nuclear.

Transformación de la energía en trabajo útil es el tema central de la termodinámica. En la naturaleza, las transformaciones de la energía se puede clasificar básicamente en dos tipos: los que son termodinámicamente reversibles, Y los que son termodinámicamente irreversibles. Un proceso reversible en termodinámica es aquella en la que se disipa sin energía (propagación) en los estados de energía vacío disponible en un volumen, del que no se puede recuperar en las formas más concentradas (menos estados cuánticos), sin degradación de la energía aún más. Un proceso reversible es aquel en el que este tipo de disipación no ocurre. Por ejemplo, la conversión de la energía de un tipo de campo de potencial a otro, es reversible, como en el sistema de péndulo se describe anteriormente. En los procesos donde el calor se genera, los estados cuánticos de energía más baja, presentarse como exitations posible en los campos entre los átomos, actuar como un reservorio de parte de la energía, de la que no se puede recuperar, con el fin de convertirse con el 100% de eficiencia en otros las formas de energía. En este caso, la energía, en parte debe permanecer en forma de calor, y no puede estar completamente recuperado como energía útil, excepto en el precio de un aumento de algún otro tipo de aumento de calor, como en el trastorno de estados cuánticos, en el universo (como un la expansión de la materia, o una asignación al azar en un cristal).

A medida que el universo evoluciona en el tiempo, cada vez más de su energía se queda atrapado en los estados irreversibles (es decir, en forma de calor u otro tipo de aumentos en el trastorno). Esto ha sido referido como el inevitable termodinámica el calor de muerte del universo. En este el calor de muerte la energía del universo no cambia, pero la fracción de energía que está disponible para hacer producir el trabajo a través de un el calor del motor, O se transforma en otras formas utilizables de energía (a través del uso de generadores conectados a los motores de calor), crece cada vez menos.

Energy. (2011, January 18). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 19:40, January 18, 2011, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Energy&oldid=408501168


LA ENERGIA ES UNA FUERZA QUE SIEMPRE SE TRANSFORMA, NUNCA SE DESVANECE

Definición de energía y su relación con el trabajo.

Llamamos energía a la capacidad de trabajo que tiene un cuerpo o sistemas de cuerpos. Por ejemplo: La energía no puede ser creada, ni consumida, ni destruida.

Si no que puede ser convertida o transferida.

Cuando un cuerpo se desplaza las fuerzas actuantes realizan un trabajo. Asimismo, cuando un cuerpo se encuentra a cierta altura, potencialmente esta capacitado para desplazarse hasta el plano, en donde, se realizara un trabajo mecánico.

En este caso el sistema físico puede efectuar trabajo. Osea: un sistema físico posee energía cuando tiene capacidad para realizar un trabajo.

Un cuerpo colocado a cierta altura puede realizar trabajo si se deja caer un resorte comprimido. Realizara un trabajo al extenderse, etc

La energía y su historia.

Del fuego al reactor nuclear.

Los científicos que estudian la evolución de la especie humana encontraron herramientas de piedra muy rudimentarias.

El uso de una piedra para golpear otra como si fueran un martillo, o el acto de arrojar una piedra o una lanza para cazar un animal implican la utilización de la energía cinemática, pues, al estar en movimiento, el arma o la herramienta resultan mas efectivas en el trabajo.

Hace unos 30.000 años, el hombre comenzó a dominar el fuego. La posibilidad de encender y mantener el fuego permitió la calefacción, el comienzo de la cocción de los alimentos y marco los inicios de la metalurgia.

El hombre primitivo necesitaba la energía de los alimentos (la energía calórica) la cual debía ser consumida en grandes proporciones ya que la búsqueda de los mismos era dificultosa. Hace 10.000 años, con la aparición de la ganadería y la agricultura, el hombre comenzó a gastar menos energía en la búsqueda de los alimentos y mantuvo fuentes de energía disponibles como son los rebaños y la plantaciones.

Mas tarde, empezaron a usarse animales para la tracción de arados. La utilización de la energía aportada por animales fue extendiéndose al transporte, la molienda de granos o las bombas para impulsar agua.

Los molinos

Otra etapa de aprovechamiento de la energía es el desarrollo de los molinos. Diferentes civilizaciones comenzaron a utilizarlos: primero, movido por corrientes o caídas de agua y, luego, impulsados por el viento.

La energía cinética del aire también se utilizo en la navegación para reemplazar a los remeros que impulsaban los barcos. Mediante las velas, los barcos convertían la energía cinética del aire en energía cinética de la nave.

Las maquinas de vapor

En el siglo XVII se produjo el desarrollo de las maquinas a vapor.

Desde comienzos del siglo XVII, se utilizaba como combustible el carbón mineral. Las minas de las que extraía el carbón se inundaban frecuentemente y el agua era extraída mediante bombas accionadas por caballos.

En 1712, se utilizo por primera vez una bomba impulsada por un motor de vapor, diseñado por Thomas Newcomen.

James Watt en 1769 le realizo modificaciones y logro un motor rendimiento. La maquina de Watt se utilizo hasta 1784 para desagotar minas.

A medida que las maquinas de vapor eran más seguras y eficientes, comenzaron a ser usadas para el transporte.

Robert Fulton realizo pruebas con un pequeño barco impulsado por una maquina de vapor e instalo, en los EE.UU. la primera línea de barcos de este tipo. En 1823, comenzó a circular en Inglaterra el primer ferrocarril con una locomotora de vapor.

Los motores de combustión interna.

El desarrollo de los motores que utilizan la energía interna del petróleo tuvo varias etapas. El primer antecedente corresponde a dos ingenieros italianos, que hicieron funcionar un motor alimentado con gas alumbrado. Nicolás Otto desarrollo en Alemania el primer modelo de motor, que permitió la fabricación de automóviles en forma industrial.

Los motores livianos permitieron los primeros ensayos de navegación aérea. Así fue como los globos aerostaticos se convirtieron en dirigibles. En 1903, se realizo el primer vuelo en un avión impulsado por un motor. El desarrollo y la difusión del uso de los motores de combustión interna comenzó a generar una gran dependencia energética respecto del petróleo.

Los motores eléctricos.

En 1799, se invento la pila. A partir de este hecho que transformaba la energía química en energía eléctrica se produce el avance en energía eléctrica.

En 1840, se crearon los primeros motores eléctricos, osea, sistemas que transformaban energía eléctrica en cinética (como por ejemplo los juguetes alimentados por pilas). Luego se desarrollaron los motores de corrientes alterna que hoy utilizan los artefactos domésticos. En 1880 comenzó a expandirse la iluminación eléctrica, gracias a la invención de la lamparilla ( que transforma energía eléctrica en luminosa).

La energía nuclear: Los reactores

En 1942, se puso en funcionamiento el primer reactor nuclear, en EE.UU. a partir de este hecho, se abrieron dos vías para la utilización de la energía nuclear: una bélica y otra de aplicaciones a la producción de energía eléctrica

Es la energía producida por el viento. La primera utilización de la capacidad energética del viento la constituye la navegación a vela. En ella, la fuerza del viento se utiliza para impulsar un barco. Barcos con velas aparecían ya en los grabados egipcios más antiguos (3000 a.C.).

Los egipcios, los fenicios y más tarde los romanos tenían que utilizar también los remos para contrarrestar una característica esencial de la energía eólica, su discontinuidad. Efectivamente, el viento cambia de intensidad y de dirección de manera impredecible, por lo que había que utilizar los remos en los periodos de calma o cuando no soplaba en la dirección deseada. Hoy, cuando se utilizan molinos para generar electricidad, se usan los acumuladores para producir electricidad durante un tiempo cuando el viento no sopla.

Otra característica de la energía producida por el viento es su infinita disponibilidad en función lineal a la superficie expuesta a su incidencia. En los barcos, a mayor superficie bélica mayor velocidad. En los parques eólicos, cuantos más molinos haya, más potencia en bornes de la central. En los veleros, el aumento de superficie bélica tiene limitaciones mecánicas (se rompe el mástil o vuelca el barco).

En los parques eólicos las únicas limitaciones al aumento del número de molinos son las urbanísticas.

Fuente: Energia







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