Jaké jsou zákony o energii?
Zákony energie, kterými se řídí interakce mezi hmotou a energií, jako je přenos tepla z jednoho těla do druhého ve fyzickém vesmíru, jsou nejzákladněji definovány třemi termodynamickými zákony a Albertem Einsteinovým objevem jeho zvláštních a obecných teorií relativity . Fyzika sama o sobě je postavena na těchto zákonech, jakož i na základních třech zákonech pohybu definovaných Isaacem Newtonem a poprvé zveřejněných v roce 1687, které vysvětlují interakci veškeré hmoty. Pole kvantové mechaniky, které se začalo objevovat na počátku 20. století, také objasnilo zvláštní okolnosti pro zákony energie v pod atomovém měřítku, na nichž je od roku 2011 založena většina moderní civilizace.
Jedním ze základních principů zákonů energie vyjasněných prvním zákonem termodynamiky je to, že energie není vytvořena ani zničena. Všechny formy energie, jako je světelná nebo zvuková energie, lze změnit na jiné formy, a toto bylo poprvé odhaleno v polovině roku 1800 prací Jamese Joule, průkopnického anglického fyzika, po kterém byla základní jednotka energie, joule, pojmenováno. Po deseti letech přemýšlení o povaze vztahu mezi hmotou a energií vydal Albert Einstein v roce 1905 E = MC 2 svůj slavný vzorec, v němž se uvádí, že hmota i energie jsou verze téže věci a lze je změnit na sebe také. Protože rovnice říká, že energie (E) se rovná hmotnosti (M) krát rychlosti světla na druhou (C 2 ), bylo ve skutečnosti uvedeno, že pokud máte dostatek energie, můžete ji převést na hmotu, a pokud jste zrychlili hmotu stačí to převést na energii.
Druhý termodynamický zákon definoval zákony energie tím, že uvedl, že v jakékoli činnosti, v níž byla energie použita, se její potenciál zmenšil, nebo se stal čím dál méně dostupným pro další práci. Toto odráželo princip entropie a vysvětlovalo, kam šla energie, když teplo nebo světlo uniklo do okolí, které zmatilo lidstvo po staletí. Entropie je myšlenka, že vysoká úroveň koncentrované energie, jako je energie v palivu před tím, než je spálena, se nakonec šíří do vesmíru jako odpadní teplo a nelze ji obnovit. Bylo to v souladu s prvním zákonem termodynamiky, protože energie nebyla ničena, ale přístup k ní byl ztracen.
Třetí zákon termodynamiky byl objasněn v roce 1906 výzkumem německého chemika Walthera Nernsta. Ukázalo se, že není možné vytvořit oblast prostoru nebo hmoty, kde existuje nulová energie, která by ji ochladila na nejnižší možnou teplotu absolutní nuly. Toto podporovalo první a druhý zákon termodynamiky v tom, že energie by vždy byla do určité míry k dispozici v prostoru nebo hmotě, i když by nemohla být využita pro užitečnou práci.
Einsteinovy aktualizace našeho chápání zákonů energie umožnily mnoho moderních technologií, jako je jaderná energie. Newtonovy zákony pohybu také ukázaly vědcům a technikům, jak využít vztah mezi hmotou a energií k vytvoření síly a trajektorie potřebné k uvedení satelitů na oběžné dráze nebo k vyslání vesmírných sond na blízké planety. Kvantová mechanika přispěla k pochopení toho, jak je energie využívána a přenášena k vytváření technologií, jako jsou lasery, tranzistory, které jsou základem všech počítačových systémů, a pokročilá lékařská zařízení, jako je zobrazování magnetickou rezonancí (MRI).