Quali sono le leggi dell'energia?

Le leggi dell'energia che regolano le interazioni tra materia ed energia, come il trasferimento di calore da un corpo all'altro nell'universo fisico, sono fondamentalmente definite dalle tre leggi della termodinamica e dalla scoperta di Albert Einstein delle sue teorie speciali e generali della relatività. La fisica stessa si basa su queste leggi, nonché sulle tre leggi di base del movimento definite da Isaac Newton e pubblicate per la prima volta nel 1687, che spiegano l'interazione di tutta la materia. Il campo della meccanica quantistica che ha iniziato a emergere nei primi anni del 20 ha chiarito anche circostanze speciali per le leggi dell'energia su scala sub-atomica, su cui viene fondata gran parte della civiltà moderna a partire dal 2011.

Uno dei principi fondamentali delle leggi dell'energia chiarito dalla prima legge della termodinamica è che l'energia non è né creata né distrutta. Tutte le forme di energia come la luceo l'energia sonora può essere cambiata in altre forme, e questo fu rivelato per la prima volta a metà del 1800 dal lavoro di James Joule, un fisico inglese pionieristico, dopo di che fu nominata l'unità di energia di base, la Joule. Dopo dieci anni di pensiero sulla natura della relazione tra materia ed energia, Albert Einstein pubblicò la sua famosa formula nel 1905 di E = MC 2 , che affermava che sia la materia che l'energia erano versioni della stessa cosa e potevano essere cambiate l'una nell'altra. Poiché l'equazione afferma che l'energia (e) è uguale a massa (m) volte la velocità della luce al quadrata (c 2 ), in realtà affermava che, se avessi abbastanza energia, potresti convertirla in massa e, se acceleri abbastanza la massa, potresti convertirlo in energia.

La seconda legge della termodinamica ha definito le leggi dell'energia affermando che, in qualsiasi attività in cui è stata utilizzata l'energia, il suo potenziale è diminuito o è diventato sempre meno disponibile per ulteriori lavori. Ciò riflette il principiodi entropia e spiegò dove andava l'energia quando il calore o la luce fuggirono nell'ambiente circostante, che aveva perplesso l'umanità per secoli. L'entropia è l'idea che alti livelli di energia concentrata, come quella del carburante prima che venga bruciata, infine si estenda nello spazio come calore dei rifiuti e non possano essere recuperati. Era in armonia con la prima legge della termodinamica perché l'energia non veniva distrutta, ma l'accesso ad essa era perso.

La terza legge della termodinamica fu chiarita nel 1906 dalla ricerca condotta da Walther Nernst, un chimico tedesco. Ha rivelato che era impossibile creare una regione di spazio o materia in cui esisteva energia zero, il che avrebbe raffreddato la regione alla più bassa temperatura possibile di zero assoluto. Ciò ha supportato la prima e la seconda leggi della termodinamica in quell'energia sarebbe sempre disponibile nello spazio o in una certa misura, anche se non poteva essere sfruttata per un lavoro utile.

Gli aggiornamenti di Einstein sulla nostra comprensione delle leggi dell'energia hanno reso moltiPossibili tecnologie moderne, come l'energia nucleare. Inoltre, le leggi del movimento di Newton hanno mostrato agli scienziati e agli ingegneri come sfruttare la relazione tra materia ed energia per generare la forza e la traiettoria necessarie per mettere in orbita i satelliti o inviare sonde spaziali ai pianeti vicini. La meccanica quantistica ha contribuito alla comprensione di come l'energia viene utilizzata e trasferita per creare tecnologie come laser, transistor che sono la base di tutti i sistemi informatici e apparecchiature mediche avanzate come la risonanza magnetica (MRI).