Wat zijn de wetten van energie?

De energiewetten die interacties tussen materie en energie regelen, zoals de overdracht van warmte van het ene lichaam naar het andere in het fysieke universum, worden het meest fundamenteel bepaald door de drie wetten van de thermodynamica en Albert Einstein's ontdekking van zijn speciale en algemene relativiteitstheorieën. . De fysica zelf is gebouwd op deze wetten, evenals op de drie basisbewegingswetten die door Isaac Newton zijn gedefinieerd en voor het eerst gepubliceerd in 1687, die de interactie van alle materie verklaren. Het veld van de kwantummechanica dat in de vroege 20e eeuw begon te ontstaan, verduidelijkte ook speciale omstandigheden voor de wetten van energie op een sub-atomaire schaal, waarop veel van de moderne beschaving vanaf 2011 is gegrondvest.

Een van de fundamentele principes van de wetten van energie, duidelijk gemaakt door de eerste wet van de thermodynamica, is dat energie niet wordt gecreëerd of vernietigd. Alle vormen van energie zoals licht of geluidsenergie kunnen in andere vormen worden veranderd, en dit werd voor het eerst onthuld in het midden van de 19e eeuw door het werk van James Joule, een baanbrekende Engelse fysicus, waarna de basiseenheid van energie, de joule, was genaamd. Na tien jaar nadenken over de aard van de relatie tussen materie en energie, publiceerde Albert Einstein zijn beroemde formule in 1905 van E = MC ² , die stelde dat zowel materie als energie versies van hetzelfde waren en in elkaar konden worden veranderd ook. Omdat de vergelijking stelt dat energie (E) gelijk is aan massa (M) maal de snelheid van het kwadraat van het licht (C ² ), was het feitelijk dat, als je genoeg energie had, je het in massa kon omzetten, en, als je massa versnelde genoeg, je zou het kunnen omzetten in energie.

De tweede wet van de thermodynamica definieerde de wetten van energie door te stellen dat bij elke activiteit waarbij energie werd gebruikt, het potentieel ervan afnam, of dat het steeds minder beschikbaar werd voor verder werk. Dit weerspiegelde het principe van entropie en legde uit waar energie naartoe ging toen warmte of licht ontsnapte in de omgeving, die de mensheid al eeuwen in verwarring bracht. Entropie is het idee dat hoge niveaus van geconcentreerde energie, zoals die in brandstof voordat deze wordt verbrand, zich uiteindelijk in de ruimte verspreiden als afvalwarmte en niet kunnen worden teruggewonnen. Het was in harmonie met de eerste wet van de thermodynamica omdat energie niet werd vernietigd, maar de toegang ertoe werd verloren.

De derde wet van de thermodynamica werd in 1906 verduidelijkt door onderzoek uitgevoerd door Walther Nernst, een Duitse chemicus. Het onthulde dat het onmogelijk was om een ​​gebied van ruimte of materie te creëren waar nul energie bestond, wat het gebied zou afkoelen tot de laagst mogelijke temperatuur van absoluut nul. Dit ondersteunde de eerste en tweede wetten van de thermodynamica in die zin dat energie altijd beschikbaar zou zijn in de ruimte of materie, zelfs als het niet kon worden gebruikt voor nuttig werk.

Einstein's updates over ons begrip van de wetten van energie maakten vele moderne technologieën mogelijk, zoals kernenergie. Ook toonden de bewegingswetten van Newton wetenschappers en ingenieurs hoe ze de relatie tussen materie en energie konden benutten om de kracht en het traject te genereren die nodig zijn om satellieten in een baan om de aarde te brengen of ruimtesondes naar nabijgelegen planeten te sturen. Kwantummechanica heeft bijgedragen aan het begrip van hoe energie wordt gebruikt en overgedragen om technologie te creëren zoals lasers, transistors die de basis vormen van alle computersystemen, en geavanceerde medische apparatuur zoals magnetic resonance imaging (MRI).