Hva er lovene om energi?

Energilovene som styrer samspillet mellom materie og energi, som overføring av varme fra et legeme til et annet i det fysiske universet, er mest grunnleggende definert av de tre lovene i termodynamikk og Albert Einsteins oppdagelse av hans spesielle og generelle relativitetsteorier. . Fysikken i seg selv bygger på disse lovene, så vel som de tre grunnleggende bevegelseslovene definert av Isaac Newton og først publisert i 1687, som forklarer samspillet mellom all materie. Feltet for kvantemekanikk som begynte å dukke opp på begynnelsen av det 20. århundre avklarte også spesielle omstendigheter for energilovene i en subatomær skala, som mye av den moderne sivilisasjonen som i 2011 er grunnlagt.

Et av de grunnleggende prinsippene i energilovene som blir tydeliggjort av den første loven om termodynamikk, er at energi verken blir skapt eller ødelagt. Alle former for energi som lys eller lydenergi kan endres til andre former, og dette ble først avslørt på midten av 1800-tallet av arbeidet til James Joule, en banebrytende engelsk fysiker, hvoretter den grunnleggende energienheten, joule, var navngitt. Etter ti år med å tenke på forholdet mellom forholdet mellom energi og energi, publiserte Albert Einstein sin berømte formel i 1905 av E = MC ² , som uttalte at både materie og energi var versjoner av samme ting og kunne endres til hverandre også. Siden ligningen sier at energi (E) er lik masse (M) ganger hastigheten på lyset i kvadratet (C ² ), sa den faktisk at hvis du hadde nok energi, kunne du konvertere den til masse, og hvis du akselererte masse nok, kan du konvertere den til energi.

Den andre loven om termodynamikk definerte energilovene ved å si at i enhver aktivitet der energi ble brukt, ble potensialet redusert, eller det ble mindre og mindre tilgjengelig for videre arbeid. Dette reflekterte prinsippet om entropi og forklarte hvor energi gikk når varme eller lys slapp ut i omgivelsene, noe som hadde forundret menneskeheten i århundrer. Entropi er ideen om at høye nivåer av konsentrert energi, slik som i drivstoff før den brennes, til slutt sprer seg ut i verdensrommet som spillvarme og ikke kan gjenvinnes. Det var i harmoni med den første loven om termodynamikk fordi energi ikke ble ødelagt, men tilgangen til den gikk tapt.

Den tredje termodynamikkloven ble avklart i 1906 ved forskning utført av Walther Nernst, en tysk kjemiker. Det avslørte at det var umulig å skape et område med rom eller materie der null energi fantes, som ville avkjøle regionen til lavest mulig temperatur med absolutt null. Dette støttet termodynamikkens første og andre lov ved at energi alltid vil være tilgjengelig i rom eller materie til en viss grad, selv om den ikke kunne utnyttes til nyttig arbeid.

Einsteins oppdateringer om vår forståelse av energilovene gjorde mange moderne teknologier mulig, for eksempel kjernekraft. I tillegg viste Newtons bevegelseslover forskere og ingeniører hvordan man kan utnytte forholdet mellom materie og energi for å generere den kraften og banen som er nødvendig for å sette satellitter i bane eller sende romprober til planetene i nærheten. Kvantemekanikk har bidratt til forståelsen av hvordan energi brukes og overføres for å lage teknologi som lasere, transistorer som er grunnlaget for alle datasystemer, og avansert medisinsk utstyr som magnetisk resonansavbildning (MRI).