Vad är energilagarna?
Energilagarna som styr interaktioner mellan materia och energi, såsom överföring av värme från en kropp till en annan i det fysiska universum, definieras mest grundläggande av de tre lagarna i termodynamik och Albert Einsteins upptäckt av hans speciella och allmänna relativitetsteorier. . Fysiken själv bygger på dessa lagar, liksom de grundläggande tre rörelselagen som definierats av Isaac Newton och publicerades först 1687, vilket förklarar samverkan mellan all materia. Kvantmekanikens område som började dyka upp i början av 1900-talet klargjorde också speciella omständigheter för energilagarna i en subatomär skala, som mycket av den moderna civilisationen från och med 2011 grundar sig på.
En av de grundläggande principerna i energilagarna som tydliggörs genom den första lagen i termodynamiken är att energi varken skapas eller förstörs. Alla former av energi som ljus eller ljudenergi kan förändras till andra former, och detta avslöjades först på mitten av 1800-talet av arbetet av James Joule, en banbrytande engelsk fysiker, varefter basenheten för energi, joule, var som heter. Efter tio år med att tänka på arten av förhållandet mellan materia och energi publicerade Albert Einstein sin berömda formel 1905 av E = MC 2 , där det stod att både materia och energi var versioner av samma sak och kunde förändras till varandra också. Eftersom ekvationen säger att energi (E) är lika med massan (M) gånger hastigheten på ljusets kvadrat (C 2 ), konstaterade den faktiskt att om du hade tillräckligt med energi kan du omvandla den till massa, och om du accelererade massan nog, du kan omvandla det till energi.
Den andra termodynamiklagen definierade energilagarna genom att säga att i alla aktiviteter där energi användes minskade dess potential, eller så blev den mindre och mindre tillgänglig för ytterligare arbete. Detta återspeglade principen om entropi och förklarade vart energi gick när värme eller ljus flydde ut i omgivningen, vilket hade förundrat mänskligheten i århundraden. Entropi är idén att höga nivåer av koncentrerad energi, till exempel i bränsle innan den bränns, så småningom sprids ut i rymden som spillvärme och inte kan återvinnas. Det var i harmoni med den första lagen i termodynamiken eftersom energi inte förstördes, men tillgången till den förlorades.
Den tredje termodynamiklagen klargjordes 1906 genom forskning utförd av Walther Nernst, en tysk kemist. Det avslöjade att det var omöjligt att skapa ett område i rymden eller materia där noll energi fanns, vilket skulle kyla regionen till den lägsta möjliga temperaturen med absolut noll. Detta stödde den första och den andra lagen för termodynamik genom att energi alltid skulle vara tillgängligt i rymden eller materia till viss grad, även om den inte kunde utnyttjas för användbart arbete.
Einsteins uppdateringar av vår förståelse av energilagarna gjorde många moderna tekniker möjliga, till exempel kärnkraft. Newtons rörelselag visade också forskare och ingenjörer hur man utnyttjar förhållandet mellan materie och energi för att generera den kraft och bana som är nödvändig för att sätta satelliter i omloppsbana eller skicka rymdsonder till planeter i närheten. Kvantmekanik har bidragit till förståelsen för hur energi används och överförs för att skapa teknik som lasrar, transistorer som är grunden för alla datorsystem och avancerad medicinsk utrustning som magnetisk resonansavbildning (MRI).