Каковы законы энергии?
Законы энергии, которые управляют взаимодействиями между веществом и энергией, такие как передача тепла от одного тела к другому в физической вселенной, наиболее фундаментально определены тремя законами термодинамики и открытием Альбертом Эйнштейном его специальных и общих теорий относительности. , Сама физика построена на этих законах, а также на трех основных законах движения, определенных Исааком Ньютоном и впервые опубликованных в 1687 году, которые объясняют взаимодействие всей материи. Область квантовой механики, которая начала появляться в начале 20- го века, также прояснила особые обстоятельства для законов энергии в субатомном масштабе, на которых основана большая часть современной цивилизации с 2011 года.
Один из фундаментальных принципов законов энергии, проясненных первым законом термодинамики, заключается в том, что энергия не создается и не разрушается. Все формы энергии, такие как свет или звуковая энергия, могут быть преобразованы в другие формы, и это было впервые обнаружено в середине 1800-х годов работой Джеймса Джоуля, новаторского английского физика, после которого основная единица энергии, джоуль, была по имени. После десяти лет размышлений о природе взаимоотношений между веществом и энергией Альберт Эйнштейн опубликовал свою знаменитую формулу E = MC 2 в 1905 году, в которой говорилось, что и вещество, и энергия являются версиями одного и того же и могут быть заменены друг на друга. также. Так как уравнение утверждает, что энергия (E) равна массе (M), умноженной на квадрат скорости света (C 2 ), фактически было заявлено, что, если у вас было достаточно энергии, вы можете преобразовать ее в массу и, если вы ускорили массу достаточно, вы могли бы преобразовать его в энергию.
Второй закон термодинамики определил законы энергии, заявив, что в любой деятельности, где использовалась энергия, ее потенциал уменьшается или становится все менее доступным для дальнейшей работы. Это отражало принцип энтропии и объясняло, куда уходила энергия, когда тепло или свет уходили в окружающую среду, которая веками озадачивала человечество. Энтропия - это идея о том, что высокие уровни концентрированной энергии, например, в топливе до его сжигания, в конечном итоге распространяются в космос как отработанное тепло и не могут быть восстановлены. Это было в гармонии с первым законом термодинамики, потому что энергия не была разрушена, но доступ к ней был потерян.
Третий закон термодинамики был разъяснен в 1906 году исследованиями, проведенными немецким химиком Вальтером Нернстом. Выяснилось, что невозможно создать область пространства или материи с нулевой энергией, которая охладит область до минимально возможной температуры абсолютного нуля. Это поддержало первый и второй законы термодинамики в том, что энергия всегда будет доступна в космосе или материи до некоторой степени, даже если ее нельзя использовать для полезной работы.
Обновления Эйнштейна в нашем понимании законов энергии сделали возможным использование многих современных технологий, таких как ядерная энергетика. Кроме того, законы движения Ньютона показали ученым и инженерам, как использовать взаимосвязь между веществом и энергией, чтобы генерировать силу и траекторию, необходимые для вывода спутников на орбиту или отправки космических зондов на соседние планеты. Квантовая механика внесла вклад в понимание того, как энергия используется и передается для создания таких технологий, как лазеры, транзисторы, которые являются основой всех компьютерных систем, и передовое медицинское оборудование, такое как магнитно-резонансная томография (МРТ).