Jakie są prawa energii?
Prawa energii rządzące interakcjami między materią i energią, takie jak przenoszenie ciepła z jednego ciała do drugiego we wszechświecie fizycznym, są najbardziej fundamentalnie zdefiniowane przez trzy prawa termodynamiki i odkrycie przez Alberta Einsteina jego specjalnych i ogólnych teorii względności . Sama fizyka opiera się na tych prawach, a także na trzech podstawowych prawach ruchu określonych przez Izaaka Newtona i opublikowanych po raz pierwszy w 1687 r., Które wyjaśniają interakcję całej materii. Dziedzina mechaniki kwantowej, która zaczęła się pojawiać na początku XX wieku, wyjaśniła także szczególne okoliczności dotyczące praw energii w skali subatomowej, na których opiera się znaczna część współczesnej cywilizacji od 2011 roku.
Jedną z podstawowych zasad praw energii wyjaśnionych przez pierwsze prawo termodynamiki jest to, że energia nie jest ani tworzona, ani niszczona. Wszystkie formy energii, takie jak energia światła lub dźwięku, mogą zostać zamienione na inne formy. Zostało to po raz pierwszy ujawnione w połowie XIX wieku dzięki pracy Jamesa Joule'a, pioniera angielskiego fizyka, po którym podstawową jednostką energii, dżula, była o imieniu. Po dziesięciu latach myślenia o naturze związku między materią a energią, Albert Einstein opublikował swoją słynną formułę w 1905 roku E = MC 2 , która głosiła, że zarówno materia, jak i energia są wersjami tego samego i można je zamieniać w siebie także. Ponieważ równanie stwierdza, że energia (E) jest równa masie (M) razy prędkość światła do kwadratu (C 2 ), w rzeczywistości stwierdzano, że jeśli masz wystarczającą ilość energii, możesz ją przekształcić w masę, a jeśli przyspieszysz masę wystarczy, że możesz zamienić to w energię.
Druga zasada termodynamiki określała prawa energii, stwierdzając, że w każdej działalności, w której energia była wykorzystywana, jej potencjał zmniejszał się lub stawał się coraz mniej dostępny do dalszej pracy. Odzwierciedlało to zasadę entropii i wyjaśniało, dokąd idzie energia, gdy ciepło lub światło uciekają do otoczenia, które od wieków intrygowało ludzkość. Entropia polega na tym, że wysoki poziom skoncentrowanej energii, takiej jak w paliwie przed spaleniem, ostatecznie rozprzestrzenia się w kosmosie jako ciepło odpadowe i nie można go odzyskać. Było to zgodne z pierwszą zasadą termodynamiki, ponieważ energia nie była niszczona, ale dostęp do niej został utracony.
Trzecia zasada termodynamiki została wyjaśniona w 1906 r. Przez badania przeprowadzone przez niemieckiego chemika Walthera Nernsta. Okazało się, że niemożliwe było stworzenie obszaru przestrzeni lub materii, w którym istniała zero energii, co ochłodziłoby ten region do najniższej możliwej temperatury zera absolutnego. Potwierdziło to pierwsze i drugie prawo termodynamiki, zgodnie z którym energia zawsze byłaby do pewnego stopnia dostępna w przestrzeni kosmicznej lub materii, nawet gdyby nie można jej było wykorzystać do pożytecznej pracy.
Aktualizacje Einsteina dotyczące naszego zrozumienia praw energii umożliwiły zastosowanie wielu nowoczesnych technologii, takich jak energia jądrowa. Ponadto, prawa ruchu Newtona pokazały naukowcom i inżynierom, jak wykorzystać związek między materią i energią, aby wygenerować siłę i trajektorię konieczną do wprowadzenia satelitów na orbitę lub wysłania sond kosmicznych na pobliskie planety. Mechanika kwantowa przyczyniła się do zrozumienia, w jaki sposób energia jest wykorzystywana i przekazywana do tworzenia technologii, takich jak lasery, tranzystory, które są podstawą wszystkich systemów komputerowych, oraz zaawansowany sprzęt medyczny, taki jak rezonans magnetyczny (MRI).