In der Physik ist Energie eine indirekt beobachtete Menge. Es wird häufig als die Fähigkeit verstanden ein physisches System muss Arbeit an anderen physischen Systemen tun. Da Arbeit als eine Kraft definiert wird, die durch eine Entfernung handelt (eine Länge des Raums), ist Energie immer zur Fähigkeit gleichwertig, Ziehen oder Stöße gegen die grundlegenden Kräfte der Natur entlang einem Pfad einer bestimmten Länge auszuüben.

Die in einem Gegenstand enthaltene Gesamtenergie wird mit seiner Masse und Energie (wie Masse) identifiziert, kann nicht geschaffen oder zerstört werden. Wenn Sache (gewöhnliche materielle Partikeln) in die Energie geändert wird (wie Energie der Bewegung, oder in die Radiation), ändert sich die Masse des Systems durch den Transformationsprozess nicht. Jedoch kann es mechanistische Grenzen betreffs geben, wie viel der Sache in einem Gegenstand in andere Typen der Energie und so in die Arbeit auf anderen Systemen geändert werden kann. Energie, wie Masse, ist eine physische Skalarmenge. Im Internationalen System von Einheiten (SI) wird Energie in Joule gemessen, aber in vielen Feldern sind andere Einheiten, wie Kilowatt-Stunden und kilocalories, üblich. Alle diese Einheiten übersetzen zu Einheiten der Arbeit, die immer in Bezug auf Kräfte und die Entfernungen definiert wird, dass die Kräfte durch handeln.

Ein System kann Energie einem anderen System durch das einfache Übertragen der Sache ihm übertragen (da Sache zur Energie, in Übereinstimmung mit seiner Masse gleichwertig ist). Jedoch, wenn Energie durch Mittel außer der Sache-Übertragung übertragen wird, erzeugt die Übertragung Änderungen im zweiten System, infolge der geleisteten Arbeit darauf. Diese Arbeit äußert sich als die Wirkung der Kraft (E), die durch Entfernungen innerhalb des Zielsystems angewandt ist. Zum Beispiel kann ein System Energie zu einem anderen durch das Überwechseln (das Ausstrahlen) elektromagnetischer Energie ausstrahlen, aber das schafft Kräfte auf die Partikeln, die die Radiation absorbieren. Ähnlich kann ein System Energie einem anderen durch das physische Auswirken davon übertragen, aber in diesem Fall läuft die Energie der Bewegung in einem Gegenstand, genannt kinetische Energie, auf Kräfte hinaus, die über Entfernungen (neue Energie) handeln, um in einem anderen Gegenstand zu erscheinen, der geschlagen wird. Die Übertragung der Thermalenergie durch die Hitze kommt bei beiden dieser Mechanismen vor: Hitze kann durch die elektromagnetische Radiation, oder durch den physischen Kontakt übertragen werden, in dem direkte Einflüsse der Partikel-Partikel kinetische Energie übertragen.

Energie kann in Systemen versorgt werden, ohne als Sache, oder als kinetische oder elektromagnetische Energie da zu sein. Versorgte Energie wird geschaffen, wann auch immer eine Partikel durch ein Feld bewegt worden ist, wirkt es aufeinander (das Verlangen eine Kraft, so zu tun), aber die Energie, das zu vollbringen, wird als eine neue Position der Partikeln im Feld — eine Konfiguration versorgt, die "gehalten" oder durch einen verschiedenen Typ der Kraft befestigt werden muss (sonst, würde die neue Konfiguration sich durch das Feldstoßen oder Zurückziehen die Partikel zu seiner vorherigen Position auflösen). Dieser Typ der Energie, die durch Kraft-Felder und Partikeln "versorgt" ist", die in eine neue physische Konfiguration im Feld durch das Tun der Arbeit an ihnen durch ein anderes System gezwungen worden sind, wird potenzielle Energie genannt. Ein einfaches Beispiel der potenziellen Energie ist die Arbeit musste einen Gegenstand in einem Ernst-Feld bis zu einer Unterstützung heben. Jede der grundlegenden Kräfte der Natur wird mit einem verschiedenen Typ der potenziellen Energie vereinigt, und alle Typen der potenziellen Energie (wie alle anderen Typen der Energie) scheinen als Systemmasse, wann auch immer anwesend. Zum Beispiel wird ein komprimierter Frühling ein bisschen massiver sein als, bevor er zusammengepresst wurde. Ebenfalls, wann auch immer Energie zwischen Systemen durch jeden Mechanismus übertragen wird, wird eine verbundene Masse damit übertragen.

Jede Form der Energie kann in eine andere Form umgestaltet werden. Zum Beispiel werden alle Typen der potenziellen Energie in die kinetische Energie umgewandelt, wenn die Gegenstände Freiheit gegeben werden, sich zur verschiedenen Position zu bewegen (bezüglich des Beispiels, wenn ein Gegenstand eine Unterstützung zurückgeht). Wenn Energie in einer Form außer der Thermalenergie ist, kann sie mit der guten oder sogar vollkommenen Leistungsfähigkeit, zu jedem anderen Typ der Energie, einschließlich der Elektrizität oder Produktion von neuen Partikeln der Sache umgestaltet werden. Mit der Thermalenergie, jedoch, gibt es häufig Grenzen zur Leistungsfähigkeit der Konvertierung zu anderen Formen der Energie, wie beschrieben, durch das zweite Gesetz der Thermodynamik.

In allen diesen Energietransformationsprozessen bleibt die Gesamtenergie dasselbe und eine Übertragung der Energie von einem System bis einen anderen, laufen auf einen Verlust hinaus, um jeden Gewinn zu ersetzen. Dieser Grundsatz, die Bewahrung der Energie, wurde zuerst am Anfang des 19. Jahrhunderts verlangt, und gilt für jedes isolierte System. Gemäß dem Lehrsatz von Noether ist die Bewahrung der Energie eine Folge der Tatsache, dass sich die Gesetze der Physik mit der Zeit nicht ändern.

Obwohl sich die Gesamtenergie eines Systems mit der Zeit nicht ändert, kann sein Wert vom Bezugssystem abhängen. Zum Beispiel hat ein sitzender Passagier in einem bewegenden Flugzeug kinetische Nullenergie hinsichtlich des Flugzeuges, aber kinetische Nichtnullenergie (und höhere Gesamtenergie) hinsichtlich der Erde.

Geschichte

Die Wortenergie ist auf den Griechen zurückzuführen, der vielleicht zum ersten Mal in der Arbeit von Aristoteles im 4. Jahrhundert BCE erscheint.

Das Konzept der Energie ist aus der Idee von der Kraft viva erschienen (Kraft lebend), den Gottfried Leibniz als das Produkt der Masse eines Gegenstands und seiner quadratisch gemachten Geschwindigkeit definiert hat; er hat geglaubt, dass Gesamtkraft viva erhalten wurde. Um für das Verlangsamen wegen der Reibung verantwortlich zu sein, hat Leibniz theoretisiert, dass Thermalenergie aus der zufälligen Bewegung der konstituierenden Teile der Sache, eine von Isaac Newton geteilte Ansicht bestanden hat, obwohl es mehr als ein Jahrhundert sein würde, bis das allgemein akzeptiert wurde. 1807 war Thomas Young vielleicht erst, um den Begriff "Energie" statt der Kraft viva in seinem modernen Sinn zu gebrauchen. Gustave-Gaspard Coriolis hat "kinetische Energie" 1829 in seinem modernen Sinn, und 1853 beschrieben, William Rankine hat den Begriff "potenzielle Energie" ins Leben gerufen.

Es wurde seit einigen Jahren diskutiert, ob Energie eine Substanz (das kalorische) oder bloß eine physische Menge wie Schwung war.

William Thomson (Herr Kelvin) hat alle diese Gesetze in die Gesetze der Thermodynamik fusioniert, die in der schnellen Entwicklung von Erklärungen von chemischen Prozessen durch Rudolf Clausius, Josiah Willard Gibbs und Walther Nernst geholfen hat. Es hat auch zu einer mathematischen Formulierung des Konzepts des Wärmegewichtes durch Clausius und zur Einführung von Gesetzen der Strahlungsenergie durch Jožef Stefan geführt.

Während eines 1961-Vortrags für Studenten am Institut von Kalifornien für die Technologie hat Richard Feynman, ein berühmter Physik-Hofdichter von Lehrer und Nobel, das über das Konzept der Energie gesagt:

Seit 1918 ist es bekannt gewesen, dass das Gesetz der Bewahrung der Energie die direkte mathematische Folge der Übersetzungssymmetrie der Menge ist, die zur Energie, nämlich Zeit verbunden ist. D. h. Energie wird erhalten, weil die Gesetze der Physik zwischen verschiedenen Momenten der Zeit nicht unterscheiden (sieh den Lehrsatz von Noether).

Energie in verschiedenen Zusammenhängen

Das Konzept der Energie und seiner Transformationen ist im Erklären und Voraussagen von natürlichsten Phänomenen nützlich. Die Richtung von Transformationen in der Energie (welche Energie darin umgestaltet wird, was andere Art) wird häufig durch das Wärmegewicht (gleiche Energieausbreitung unter allen verfügbaren Graden der Freiheit) Rücksichten beschrieben, weil in der Praxis alle Energietransformationen auf einer kleinen Skala erlaubt werden, aber bestimmte größere Transformationen werden nicht erlaubt, weil es statistisch unwahrscheinlich ist, dass Energie oder Sache in konzentriertere Formen oder kleinere Räume zufällig umziehen werden.

Das Konzept der Energie ist in allen Wissenschaften weit verbreitet.

• Im Zusammenhang der Chemie ist Energie ein Attribut einer Substanz demzufolge seiner atomaren, molekularen oder gesamten Struktur. Da eine chemische Transformation durch eine Änderung in ein oder mehr von diesen Arten der Struktur begleitet wird, wird sie durch eine Zunahme oder Abnahme der Energie der beteiligten Substanzen unveränderlich begleitet. Eine Energie wird zwischen den Umgebungen und den Reaktionspartnern der Reaktion in der Form der Hitze oder des Lichtes übertragen; so können die Produkte einer Reaktion mehr oder weniger Energie haben als die Reaktionspartner. Wie man sagt, ist eine Reaktion exergonic, wenn der Endstaat auf der Energieskala niedriger ist als der anfängliche Staat; im Fall von endergonic Reaktionen ist die Situation die Rückseite. Chemische Reaktionen sind unveränderlich nicht möglich, wenn die Reaktionspartner keine als die Aktivierungsenergie bekannte Energiebarriere übersteigen. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion (bei der gegebenen Temperatur T) ist mit der Aktivierungsenergie E verbunden, durch den Bevölkerungsfaktor von Boltzmann ist ethat die Wahrscheinlichkeit des Moleküls, um Energie größer oder gleich E bei der gegebenen Temperatur T zu haben. Diese Exponentialabhängigkeit einer Reaktionsrate auf der Temperatur ist als die Gleichung von Arrhenius bekannt. Die für eine chemische Reaktion notwendige Aktivierungsenergie kann in der Form der Thermalenergie sein.
• In der Biologie ist Energie ein Attribut aller biologischen Systeme von der Biosphäre bis den kleinsten lebenden Organismus. Innerhalb eines Organismus ist es für das Wachstum und die Entwicklung einer biologischen Zelle oder einen organelle eines biologischen Organismus verantwortlich. Wie man so häufig sagt, wird Energie durch Zellen in den Strukturen von Molekülen von Substanzen wie Kohlenhydrate (einschließlich Zuckers), lipids, und Proteine versorgt, die Energie, wenn reagiert, mit Sauerstoff in der Atmung veröffentlichen. In menschlichen Begriffen zeigt die menschliche Entsprechung (H-e) (Menschliche Energiekonvertierung), für einen gegebenen Betrag des Energieverbrauchs, die Verhältnismenge der für den menschlichen Metabolismus erforderlichen Energie an, einen durchschnittlichen menschlichen Energieverbrauch an 12,500kJ pro Tag und eine grundlegende metabolische Rate von 80 Watt annehmend. Zum Beispiel, wenn unsere Körper geführt (durchschnittlich) an 80 Watt, dann läuft eine Glühbirne, die an 100 Watt läuft, an 1.25 menschlichen Entsprechungen (100 ÷ 80) d. h. 1.25 H-e. Für eine schwierige Aufgabe Dauer von nur ein paar Sekunden kann eine Person Tausende von Watt, oft die 746 Watt in einer offizieller Pferdestärke ausstellen. Für Aufgaben, die ein paar Minuten dauern, kann Anfall-Mensch vielleicht 1,000 Watt erzeugen. Für eine Tätigkeit, die seit einer Stunde gestützt werden muss, fällt Produktion auf ungefähr 300; für eine Tätigkeit aufrechterhalten den ganzen Tag sind 150 Watt über das Maximum. Die menschliche Entsprechung hilft dem Verstehen von Energieflüssen in physischen und biologischen Systemen durch das Ausdrücken von Energieeinheiten in menschlichen Begriffen: Es stellt ein "Gefühl" für den Gebrauch eines gegebenen Betrags der Energie zur Verfügung
• In der Geologie sind Kontinentaldrift, Bergketten, Vulkane und Erdbeben Phänomene, die in Bezug auf Energietransformationen im Interieur der Erde erklärt werden können., während meteorologische Phänomene wie Wind, Regen, Hagel, Schnee, Blitz, Tornados und Orkane, ganzer ein Ergebnis von Energietransformationen sind, die durch die Sonnenenergie auf der Atmosphäre des Erdballs verursacht sind.
• In der Kosmologie und Astronomie sind die Phänomene von Sternen, nova, Supernova, Quasaren und Gammastrahl-Brüchen die Energietransformationen der höchsten Produktion des Weltalls der Sache. Alle Phänomene (einschließlich der Sonnentätigkeit) werden durch verschiedene Arten von Energietransformationen gesteuert. Die Energie in solchen Transformationen ist irgendein vom Gravitationskollaps der Sache (gewöhnlich molekularer Wasserstoff) in verschiedene Klassen von astronomischen Gegenständen (Sterne, schwarze Löcher, usw.), oder von der Kernfusion (leichterer Elemente, in erster Linie Wasserstoff).

Energietransformationen im Weltall werden mit der Zeit durch verschiedene Arten der potenziellen Energie charakterisiert, die seit dem Urknall verfügbar gewesen ist, später "veröffentlicht" (umgestaltet in aktivere Typen der Energie solcher als kinetisch oder Strahlungsenergie), wenn ein Auslösen-Mechanismus verfügbar ist.

Vertraute Beispiele solcher Prozesse schließen Kernzerfall ein, in dem Energie veröffentlicht wird, der in schweren Isotopen (wie Uran und Thorium), durch nucleosynthesis, ein Prozess schließlich mit der potenziellen vom Gravitationskollaps von supernovae veröffentlichten Gravitationsenergie ursprünglich "versorgt" wurde, um Energie in der Entwicklung dieser schweren Elemente zu versorgen, bevor sie ins Sonnensystem und die Erde vereinigt wurden. Diese Energie wird ausgelöst und in Atomspaltungsbomben veröffentlicht. In einem langsameren Prozess veröffentlicht der radioaktive Zerfall dieser Atome im Kern der Erde Hitze. Diese Thermalenergielaufwerk-Teller-Tektonik und kann Berge über orogenesis heben. Dieses langsame Heben vertritt eine Art potenzielle Gravitationsenergielagerung der Thermalenergie, die später zur aktiven kinetischen Energie in Erdrutschen nach einem Auslösen-Ereignis veröffentlicht werden kann. Erdbeben veröffentlichen auch versorgte elastische potenzielle Energie in Felsen, einem Laden, der schließlich von denselben radioaktiven Hitzequellen erzeugt worden ist. So, gemäß dem Gegenwart-Verstehen, veröffentlichen vertraute Ereignisse wie Erdrutsche und Erdbeben Energie, die als potenzielle Energie im Schwerefeld der Erde oder elastischer Beanspruchung (mechanische potenzielle Energie) in Felsen versorgt worden ist. Davor vertreten sie Ausgabe der Energie, die in schweren Atomen versorgt worden ist, seitdem der Zusammenbruch von lange zerstörten Supernova-Sternen diese Atome geschaffen hat.

In einer anderen ähnlichen Kette von Transformationen, die in der Morgendämmerung des Weltalls beginnen, veröffentlicht die Kernfusion von Wasserstoff an der Sonne auch einen anderen Laden der potenziellen Energie, die zur Zeit des Urknalls geschaffen wurde. Damals, gemäß der Theorie, hat sich Raum ausgebreitet und das Weltall abgekühlt zu schnell für Wasserstoff, um in schwerere Elemente völlig durchzubrennen. Das hat bedeutet, dass Wasserstoff einen Laden der potenziellen Energie vertritt, die durch die Fusion veröffentlicht werden kann. Solch ein Fusionsprozess wird durch die Hitze und den vom Gravitationskollaps von Wasserstoffwolken erzeugten Druck ausgelöst, wenn sie Sterne erzeugen, und etwas von der Fusionsenergie dann ins Sonnenlicht umgestaltet wird. Solches Sonnenlicht von unserer Sonne kann wieder als potenzielle Gravitationsenergie versorgt werden, nachdem es die Erde schlägt, weil (zum Beispiel) Wasser von Ozeanen verdampft und auf Berge abgelegt wird (wo, an einem hydroelektrischen Damm veröffentlicht, es verwendet werden kann, um Turbinen oder Generatoren zu steuern, Elektrizität zu erzeugen). Sonnenlicht steuert auch viele Wetterphänomene, sparen Sie diejenigen, die durch vulkanische Ereignisse erzeugt sind. Ein Beispiel eines sonnenvermittelten Wetterereignisses ist ein Orkan, der vorkommt, wenn große nicht stabile Gebiete des warmen Ozeans, der im Laufe Monate geheizt ist, etwas von ihrer Thermalenergie plötzlich aufgeben, um ein paar Tage der gewaltsamen Luftbewegung anzutreiben. Sonnenlicht wird auch von Werken als chemische potenzielle Energie in der Fotosynthese gewonnen, wenn Kohlendioxyd und Wasser (zwei Zusammensetzungen der niedrigen Energie) in die energiereichen Zusammensetzungskohlenhydrate, lipids, und Proteine umgewandelt werden. Werke veröffentlichen auch Sauerstoff während der Fotosynthese, die durch lebende Organismen als ein Elektronenakzeptor verwertet wird, um die Energie von Kohlenhydraten, lipids, und Proteine zu veröffentlichen. Die Ausgabe der Energie, die während der Fotosynthese als Hitze oder Licht versorgt ist, kann plötzlich durch einen Funken in einem Waldfeuer ausgelöst werden, oder es kann verfügbar langsamer für das Tier oder den menschlichen Metabolismus gemacht werden, wenn diese Moleküle aufgenommen werden, und Katabolismus durch die Enzym-Handlung ausgelöst wird.

Durch alle diese Transformationsketten wird potenzielle zur Zeit des Urknalls versorgte Energie später durch Zwischenereignisse veröffentlicht, manchmal auf mehrere Weisen mit der Zeit zwischen Ausgaben als aktivere Energie versorgt werden. In allen diesen Ereignissen wird eine Art der Energie zu anderen Typen der Energie einschließlich der Hitze umgewandelt.

Unterscheidung zwischen Energie und Macht

Obwohl im täglichen Gebrauch die Begriffe Energie und Macht im Wesentlichen Synonyme sind, unterscheiden Wissenschaftler und Ingenieure zwischen ihnen. In seinem technischen Sinn ist Macht überhaupt nicht dasselbe als Energie, aber ist die Rate, an der Energie umgewandelt wird (oder, gleichwertig, an dem Arbeit durchgeführt wird). So wandelt ein Wasserkraftwerk, indem es das Wasser über dem Damm erlaubt wird, Turbinen durchzuführen, die potenzielle Energie von Wasser in die kinetische Energie und schließlich in die elektrische Energie um, wohingegen der Betrag der elektrischen Energie, die pro Einheit der Zeit erzeugt wird, die elektrische erzeugte Macht ist. Derselbe Betrag der im Laufe einer kürzeren Zeitspanne umgewandelten Energie ist mehr Macht im Laufe dieser kürzeren Zeit.

Bewahrung der Energie

Energie ist dem Gesetz der Bewahrung der Energie unterworfen. Gemäß diesem Gesetz kann Energie (erzeugt) noch zerstört allein weder geschaffen werden. Es kann nur umgestaltet werden.

Die meisten Arten der Energie (mit der Gravitationsenergie, die eine bemerkenswerte Ausnahme ist), sind strengen lokalen Bewahrungsgesetzen ebenso unterworfen. In diesem Fall kann Energie nur zwischen angrenzenden Gebieten des Raums ausgetauscht werden, und alle Beobachter stimmen betreffs der volumetrischen Dichte der Energie in jedem gegebenen Raum zu. Es gibt auch ein globales Gesetz der Bewahrung der Energie, feststellend, dass sich die Gesamtenergie des Weltalls nicht ändern kann; das ist eine Folgeerscheinung des lokalen Gesetzes, aber nicht umgekehrt. Die Bewahrung der Energie ist die mathematische Folge der Übersetzungssymmetrie der Zeit (d. h. der indistinguishability von Zeitabständen, die in der verschiedenen Zeit genommen sind) - sieh den Lehrsatz von Noether.

Gemäß der Bewahrung der Energie muss der Gesamtzustrom der Energie in ein System dem Gesamtausfluss der Energie vom System plus die Änderung in der innerhalb des Systems enthaltenen Energie gleichkommen.

Dieses Gesetz ist ein grundsätzlicher Grundsatz der Physik. Es folgt aus der Übersetzungssymmetrie der Zeit, einem Eigentum von den meisten Phänomenen unter der kosmischen Skala, die sie unabhängig ihrer Positionen auf der Zeitkoordinate macht. Gestellt verschieden, gestern, heute, und sind Morgen physisch nicht zu unterscheidend.

Das ist, weil Energie die Menge ist, die verbunden zur Zeit kanonisch ist. Diese mathematische Verwicklung der Energie und Zeit läuft auch auf den Unklarheitsgrundsatz hinaus - es ist unmöglich, den genauen Betrag der Energie während jedes bestimmten Zeitabstands zu definieren. Der Unklarheitsgrundsatz sollte mit der Energiebewahrung nicht verwirrt sein - eher stellt es mathematische Grenzen zur Verfügung, zu denen Energie im Prinzip definiert und gemessen werden kann.

Im Quant wird Mechanik-Energie mit dem Maschinenbediener von Hamiltonian ausgedrückt. Auf irgendwelchen zeitlichen Rahmen ist die Unklarheit in der Energie durch

der in der Form dem Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg ähnlich (aber wirklich dazu nicht mathematisch gleichwertig ist, da H und t nicht dynamisch verbundene Variablen, weder im klassischen noch in der Quant-Mechanik sind).

In der Partikel-Physik erlaubt diese Ungleichheit ein qualitatives Verstehen von virtuellen Partikeln, die Schwung, Austausch tragen, durch den und mit echten Partikeln, für die Entwicklung aller bekannten grundsätzlichen Kräfte (genauer bekannt als grundsätzliche Wechselwirkungen) verantwortlich ist. Virtuelle Fotonen (die einfach niedrigstes Quant mechanischer Energiestaat von Fotonen sind) sind auch für die elektrostatische Wechselwirkung zwischen elektrischen Anklagen verantwortlich (der auf Ampere-Sekunde-Gesetz hinausläuft), für den spontanen Strahlungszerfall von geherrschten Atom- und Kernstaaten, für die Kraft von Casimir, für Band-Kräfte von van der Waals und einige andere erkennbare Phänomene.

Anwendungen des Konzepts der Energie

Energie ist einem strengen globalen Bewahrungsgesetz unterworfen; d. h. wann auch immer man misst (oder rechnet) die Gesamtenergie eines Systems von Partikeln, deren Wechselwirkungen ausführlich rechtzeitig nicht abhängen, wird es gefunden, dass die Gesamtenergie des Systems immer unveränderlich bleibt.

• Die Gesamtenergie eines Systems kann unterteilt und auf verschiedene Weisen klassifiziert werden. Zum Beispiel ist es manchmal günstig, potenzielle Energie zu unterscheiden (der eine Funktion von Koordinaten ist nur) von der kinetischen Energie (der, ist eine Funktion von Koordinatenzeitableitungen nur). Es kann auch günstig sein, Gravitationsenergie, elektrische Energie, Thermalenergie und andere Formen zu unterscheiden. Diese Klassifikationen Übergreifen; zum Beispiel besteht Thermalenergie gewöhnlich teilweise aus kinetischen und teilweise aus der potenziellen Energie.
• Die Übertragung der Energie kann verschiedene Formen annehmen; vertraute Beispiele schließen Arbeit ein, heizen Fluss und Advektion, wie besprochen, unten.
• Das Wort "Energie" wird auch außerhalb der Physik auf viele Weisen verwendet, die zu Zweideutigkeit und Widersprüchlichkeit führen können. Die einheimische Fachsprache ist mit der technischen Fachsprache nicht im Einklang stehend. Zum Beispiel, während Energie immer erhalten wird (im Sinn, dass sich die Gesamtenergie trotz Energietransformationen nicht ändert), kann Energie in eine Form, z.B, Thermalenergie umgewandelt werden, die nicht verwertet werden kann, um Arbeit durchzuführen. Wenn man über das "Konservieren der Energie spricht, indem man weniger fährt," spricht man über das Konservieren von fossilen Brennstoffen und Hindern nützlicher Energie, als Hitze verloren zu werden. Dieser Gebrauch "des Eingemachten" unterscheidet sich von diesem des Gesetzes der Bewahrung der Energie.

In der klassischen Physik wird Energie als eine Skalarmenge, das kanonische verbundene zur Zeit betrachtet. In der speziellen Relativität ist Energie auch ein Skalar (obwohl nicht ein Skalar von Lorentz, aber ein Zeitbestandteil des Energieschwungs 4-Vektoren-). Mit anderen Worten ist Energie invariant in Bezug auf Folgen des Raums, aber nicht invariant in Bezug auf Folgen der Raum-Zeit (= Zunahmen).

Energieübertragung

Weil Energie ausschließlich erhalten wird und auch lokal erhalten wird (wo auch immer sie definiert werden kann), ist es wichtig sich zu erinnern, dass durch die Definition der Energie die Übertragung der Energie zwischen dem "System" und den angrenzenden Gebieten Arbeit ist. Ein vertrautes Beispiel ist mechanische Arbeit. In einfachen Fällen wird das als die folgende Gleichung geschrieben:

wenn es keine anderen beteiligten Energieübertragungsprozesse gibt. Hier ist der Betrag der Energie übertragen, und vertritt die geleistete Arbeit auf dem System.

Mehr allgemein kann die Energieübertragung in zwei Kategorien gespalten werden:

wo den Hitzefluss ins System vertritt.

Es gibt andere Wege, auf die ein offenes System gewinnen oder Energie verlieren kann. In chemischen Systemen kann Energie zu einem System mittels des Hinzufügens von Substanzen mit verschiedenen chemischen Potenzialen hinzugefügt werden, welche Potenziale dann herausgezogen werden (beide von diesen gehen in einer Prozession werden illustriert, indem es einem Auto, ein System Brennstoff geliefert wird, das an der Energie dadurch, ohne Hinzufügung entweder der Arbeit oder Hitze gewinnt). Das Winden einer Uhr würde Energie zu einem mechanischen System hinzufügen. Diese Begriffe können zur obengenannten Gleichung hinzugefügt werden, oder sie können allgemein in eine Menge genannt "Energiehinzufügungsbegriff" untergeordnet werden, der sich auf jeden Typ der Energie bezieht, hat die Oberfläche eines Kontrollvolumens oder Systemvolumens vorgetragen. Beispiele können oben gesehen werden, und viele andere können vorgestellt werden (zum Beispiel, die kinetische Energie eines Stroms von Partikeln, die in ein System eingehen, oder die Energie von einem Laserbalken trägt zur Systemenergie, ohne jeden bei, entweder geleistete Arbeit oder hitzezusätzlich, in den klassischen Sinnen seiend).

Wo E in dieser allgemeinen Gleichung andere zusätzliche advected Energiebegriffe vertritt, die nicht durch die geleistete Arbeit auf einem System oder dazu hinzugefügte Hitze bedeckt sind.

Energie wird auch von der potenziellen Energie zur kinetischen Energie und dann zurück zur potenziellen Energie ständig übertragen. Das wird Bewahrung der Energie genannt. In diesem geschlossenen System kann Energie nicht geschaffen oder zerstört werden; deshalb werden die anfängliche Energie und die Endenergie einander gleich sein. Das kann durch den folgenden demonstriert werden:

Die Gleichung kann dann weiter seitdem (Massenzeitbeschleunigung wegen Ernst-Zeiten die Höhe) und (Hälfte der Massenzeitgeschwindigkeit quadratisch gemacht) vereinfacht werden. Dann kann die Summe der Energie durch das Hinzufügen gefunden werden.

Energie und die Gesetze der Bewegung

In der klassischen Mechanik ist Energie begrifflich und mathematisch nützliches Eigentum, wie es eine erhaltene Menge ist. Mehrere Formulierungen der Mechanik sind mit der Energie als ein Kernkonzept entwickelt worden.

Der Hamiltonian

Die Gesamtenergie eines Systems wird manchmal Hamiltonian nach William Rowan Hamilton genannt. Die klassischen Gleichungen der Bewegung können in Bezug auf Hamiltonian sogar für hoch komplizierte oder abstrakte Systeme geschrieben werden. Diese klassischen Gleichungen haben bemerkenswert direkte Analoga in

nichtrelativistische Quant-Mechanik.

Der Lagrangian

Ein anderes energiezusammenhängendes Konzept wird Lagrangian nach Joseph Louis Lagrange genannt. Das ist noch grundsätzlicher als Hamiltonian und kann verwendet werden, um die Gleichungen der Bewegung abzuleiten. Es wurde im Zusammenhang der klassischen Mechanik erfunden, aber ist in der modernen Physik allgemein nützlich. Der Lagrangian wird als die kinetische Energie minus die potenzielle Energie definiert.

Gewöhnlich ist der Formalismus von Lagrange mathematisch günstiger als Hamiltonian für nichtkonservative Systeme (wie Systeme mit der Reibung).

Der Lehrsatz von Noether

(Der erste) Lehrsatz von Noether (1918) Staaten, dass jede differentiable Symmetrie der Handlung eines physischen Systems ein entsprechendes Bewahrungsgesetz hat.

Der Lehrsatz von Noether ist ein grundsätzliches Werkzeug der modernen theoretischen Physik und die Rechnung von Schwankungen geworden. Eine Generalisation der Samenformulierungen auf Konstanten der Bewegung in der Mechanik von Lagrangian und Hamiltonian (1788 und 1833, beziehungsweise), gilt es für Systeme nicht, die mit Lagrangian nicht modelliert werden können; zum Beispiel, dissipative Systeme mit dauerndem symmetries braucht kein entsprechendes Bewahrungsgesetz zu haben.

Energie und Thermodynamik

Innere Energie

Innere Energie ist die Summe aller mikroskopischen Formen der Energie eines Systems. Es ist die Energie musste das System schaffen. Es ist mit der potenziellen Energie, z.B, der molekularen Struktur, der Kristallstruktur, und den anderen geometrischen Aspekten, sowie der Bewegung der Partikeln in der Form der kinetischen Energie verbunden. Thermodynamik ist hauptsächlich mit Änderungen in der inneren Energie und nicht seinem absoluten Wert beschäftigt, der unmöglich ist, mit der Thermodynamik allein zu bestimmen.

Die Gesetze der Thermodynamik

Gemäß dem zweiten Gesetz der Thermodynamik kann Arbeit in die Hitze, aber nicht umgekehrt völlig umgewandelt werden. Das ist eine mathematische Folge der statistischen Mechanik. Das erste Gesetz der Thermodynamik behauptet einfach, dass Energie erhalten wird, und dass Hitze als eine Form der Energieübertragung eingeschlossen wird. Eine allgemein verwendete Folgeerscheinung des ersten Gesetzes ist, die für ein "System" nur Druck-Kräften und Wärmeübertragung unterwerfen (z.B, ein zylindervolle von Benzin), wird die Differenzialänderung in der Energie des Systems (mit einem Gewinn in der Energie, die durch eine positive Menge bedeutet ist), als die folgende Gleichung gegeben:

:

wo der erste Begriff rechts die Wärmeübertragung ins System ist, das in Bezug auf die Temperatur T und das Wärmegewicht S definiert ist (in denen Wärmegewicht-Zunahmen und der Änderung dS positiv ist, wenn das System geheizt wird), und der letzte Begriff auf der rechten Seite als auf dem System getane "Arbeit" identifiziert wird, wo Druck P und Band V ist (die negativen Zeichen-Ergebnisse, da die Kompression des Systems verlangt, dass Arbeit darauf getan wird, und so ist die Volumen-Änderung, dV, negativ, wenn Arbeit auf dem System getan wird). Obwohl diese Gleichung das Standardlehrbuch-Beispiel der Energiebewahrung in der klassischen Thermodynamik ist, ist es hoch spezifisch, alle chemischen, elektrischen, Kern- und Gravitationskräfte, Effekten wie Advektion jeder Form der Energie außer der Hitze ignorierend, und weil es einen Begriff enthält, der von Temperatur abhängt. Die allgemeinste Behauptung des ersten Gesetzes (d. h., Bewahrung der Energie) ist sogar in Situationen gültig, in denen Temperatur undefinierbar ist.

Energie wird manchmal als die folgende Gleichung ausgedrückt:

der unbefriedigend ist, weil dort keine thermodynamischen Zustandsfunktionen W oder Q bestehen kann, die auf der rechten Seite dieser Gleichung bedeutungsvoll sind, außer vielleicht in trivialen Fällen.

Equipartition der Energie

Die Energie eines mechanischen harmonischen Oszillators (eine Masse auf einem Frühling) ist wechselweise kinetisch und potenziell. An zwei Punkten im Schwingungszyklus ist es völlig kinetisch, und wechselweise an zwei anderen Punkten ist es völlig potenziell. Über den ganzen Zyklus, oder über viele Zyklen wird Nettoenergie so zwischen kinetischem und potenziellem ebenso gespalten. Das wird equipartition Grundsatz genannt; die Gesamtenergie eines Systems mit vielen Graden der Freiheit wird unter allen verfügbaren Graden der Freiheit ebenso gespalten.

Dieser Grundsatz ist für das Verstehen des Verhaltens einer Menge lebenswichtig wichtig, die nah mit der Energie verbunden ist, genannt Wärmegewicht. Wärmegewicht ist ein Maß der Ebenheit eines Vertriebs der Energie zwischen Teilen eines Systems. Wenn ein isoliertes System mehr Grade der Freiheit gegeben wird (d. h., in Anbetracht neuer verfügbarer Energiestaaten, die dasselbe als vorhandene Staaten sind), dann Gesamtenergie-Ausbreitungen über alle verfügbaren Grade ebenso ohne Unterscheidung zwischen "neuen" und "alten" Graden. Dieses mathematische Ergebnis wird das zweite Gesetz der Thermodynamik genannt.

Oszillatoren, phonons, und Fotonen

In einem Ensemble (verbundene Sammlung) unsynchronisierter Oszillatoren wird die durchschnittliche Energie ebenso zwischen kinetischen und potenziellen Typen ausgebreitet.

In einer festen, thermischen Energie (häufig verwiesen auf lose als Hitzeinhalt) kann durch ein Ensemble von thermischen phonons genau beschrieben werden, die als mechanische Oszillatoren handeln. In diesem Modell ist Thermalenergie ebenso kinetisch und potenziell.

In einem idealen Benzin ist das Wechselwirkungspotenzial zwischen Partikeln im Wesentlichen die Delta-Funktion, die keine Energie versorgt: So ist die ganze Thermalenergie kinetisch.

Weil ein elektrischer Oszillator (LC Stromkreis) einem mechanischen Oszillator analog ist, muss seine Energie durchschnittlich, ebenso kinetisch und potenziell sein. Es ist völlig willkürlich, ob die magnetische Energie kinetisch betrachtet wird, und ob die elektrische Energie potenziell, oder umgekehrt betrachtet wird. D. h. entweder der Induktor ist der Masse analog, während der Kondensator dem Frühling, oder umgekehrt analog ist.

1. Durch die Erweiterung des vorherigen Gedankenfadens im freien Raum kann das elektromagnetische Feld als ein Ensemble von Oszillatoren betrachtet werden, bedeutend, dass Strahlenenergie ebenso potenziell und kinetisch betrachtet werden kann. Dieses Modell ist zum Beispiel nützlich, wenn elektromagnetischer Lagrangian von primärem Interesse ist und in Bezug auf die potenzielle und kinetische Energie interpretiert wird.

2. Andererseits, in der Schlüsselgleichung, wird der Beitrag die Rest-Energie genannt, und alle anderen Beiträge zur Energie werden kinetische Energie genannt. Für eine Partikel, die Masse hat, deutet das an, dass die kinetische Energie mit Geschwindigkeiten ist, die viel kleiner sind als c, wie durch das Schreiben  und die Erweiterung der Quadratwurzel zur niedrigsten Ordnung bewiesen werden kann. Durch diesen Gedankenfaden ist die Energie eines Fotons völlig kinetisch, weil das Foton massless ist und keine Rest-Energie hat. Dieser Ausdruck ist zum Beispiel nützlich, wenn die Beziehung der Energie gegen den Schwung von primärem Interesse ist.

Die zwei Analysen entsprechen völlig. Die elektrischen und magnetischen Grade der Freiheit im Artikel 1 sind zur Richtung der Bewegung querlaufend, während die Geschwindigkeit beim Artikel 2 entlang der Richtung der Bewegung ist. Für nichtrelativistische Partikeln sind diese zwei Begriffe des Potenzials gegen die kinetische Energie numerisch gleich, so ist die Zweideutigkeit, aber nicht so für relativistische Partikeln harmlos.

Arbeit und virtuelle Arbeit

Arbeit, eine Form der Energie, ist Kraft-Zeitentfernung.

Das sagt, dass die Arbeit der Linie gleich ist, die der Kraft F entlang einem Pfad C integriert ist; weil Details den mechanischen Arbeitsartikel sehen.

Arbeit und so Energie sind Rahmenabhängiger. Denken Sie zum Beispiel einen Ball, der durch eine Fledermaus wird schlägt. Im Bezugsrahmen des Zentrums der Masse tut die Fledermaus keine Arbeit am Ball. Aber, im Bezugsrahmen der Person, die die Fledermaus schwingt, wird beträchtliche Arbeit auf dem Ball getan.

Quant-Mechanik

Im Quant wird Mechanik-Energie in Bezug auf den Energiemaschinenbediener definiert

als eine Zeitableitung der Welle-Funktion. Die Gleichung von Schrödinger gleicht den Energiemaschinenbediener zur vollen Energie einer Partikel oder eines Systems aus. In Ergebnissen kann als eine Definition des Maßes der Energie in der Quant-Mechanik betrachtet werden. Die Gleichung von Schrödinger beschreibt den Raum - und Zeitabhängigkeit der langsamen sich ändernden (nichtrelativistischen) Welle-Funktion von Quant-Systemen. Die Lösung dieser Gleichung für das bestimmte System ist getrennt (eine Reihe von erlaubten Staaten, jeder, der durch ein Energieniveau charakterisiert ist), der auf das Konzept von Quanten hinausläuft. In der Lösung der Gleichung von Schrödinger für jeden Oszillator (Vibrator) und für elektromagnetische Wellen in einem Vakuum sind die resultierenden Energiestaaten mit der Frequenz durch die Gleichung von Planck verbunden (wo die Konstante von Planck und die Frequenz ist). Im Fall von der elektromagnetischen Welle werden diese Energiestaaten Quanten des Lichtes oder der Fotonen genannt.

Relativität

er kinetische Energie (Arbeit berechnet hat, um eine Masse von der Nullgeschwindigkeit bis etwas begrenzte Geschwindigkeit zu beschleunigen), relativistisch - das Verwenden von Transformationen von Lorentz statt der Newtonischen Mechanik, hat Einstein ein unerwartetes Nebenprodukt dieser Berechnungen entdeckt, ein Energiebegriff zu sein, der mit der Nullgeschwindigkeit nicht verschwindet. Er hat es genannt lassen Massenenergie - Energie ausruhen, die jede Masse selbst wenn besitzen muss beruhigt zu sein. Der Betrag der Energie ist zur Masse des Körpers direkt proportional:

:m ist die Masse,

:c ist die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum,

:E ist die Rest-Massenenergie.

Denken Sie zum Beispiel Elektronpositron-Vernichtung, in der die Rest-Masse von individuellen Partikeln zerstört wird, aber die Trägheit, die des Systems der zwei Partikeln (seine invariant Masse) gleichwertig ist, bleibt (da die ganze Energie mit der Masse vereinigt wird), und diese Trägheit und invariant Masse durch Fotonen fortgetragen werden, die individuell massless sind, aber als ein System behalten ihre Masse. Das ist ein reversibler Prozess - der umgekehrte Prozess wird Paar-Entwicklung genannt - in dem die Rest-Masse von Partikeln von der Energie zwei (oder mehr) das Vernichten von Fotonen geschaffen wird. In diesem System wird die Sache (Elektronen und Positrone) zerstört und zur Nichtsache-Energie (die Fotonen) geändert. Jedoch ändern sich die Gesamtsystemmasse und Energie während dieser Wechselwirkung nicht.

In der allgemeinen Relativität, den Betonungsenergie-Tensor-Aufschlägen als der Quellbegriff für das Schwerefeld, in der rauen Analogie zum Weg dient Masse als der Quellbegriff in der nichtrelativistischen Newtonischen Annäherung.

Es ist ziemlich üblich zu hören, dass Energie zur Masse "gleichwertig" ist. Es würde genauer sein festzustellen, dass jede Energie eine Trägheit und Ernst gleichwertig hat, und weil Masse eine Form der Energie ist, dann ließ Masse auch Trägheit und Ernst damit vereinigen.

Energie und Leben

Jeder lebende Organismus verlässt sich auf eine Außenenergiequelle — Radiation von der Sonne im Fall von grünen Werken; chemische Energie in einer Form im Fall von Tieren — um im Stande zu sein, zu wachsen und sich zu vermehren. Die täglichen 1500-2000 Kalorien (6-8 MJ) empfohlen für einen menschlichen Erwachsenen werden als eine Kombination von Sauerstoff und Nahrungsmittelmolekülen, die Letzteren größtenteils Kohlenhydrate und Fette genommen, von denen Traubenzucker (CHO) und Stearin (CHO) günstige Beispiele sind. Die Nahrungsmittelmoleküle werden zum Kohlendioxyd und Wasser im mitochondria oxidiert

:: CHO + 6O → 6CO + 6HO

:: CHO + 81.5O → 57CO + 55HO

und etwas von der Energie wird verwendet, um ADP in ATP umzuwandeln

:: ADP + HPO → ATP + HO

Der Rest der chemischen Energie im Kohlenhydrat oder Fett wird in die Hitze umgewandelt: Der ATP wird als eine Art "Energiewährung" verwendet, und etwas von der chemischen Energie, die es, wenn gespalten und reagiert mit Wasser enthält, wird für anderen Metabolismus verwendet (in jeder Bühne eines metabolischen Pfads, eine chemische Energie wird in die Hitze umgewandelt). Nur ein winzige Bruchteil der ursprünglichen chemischen Energie wird für die Arbeit verwendet:

:gain in der kinetischen Energie eines Sprinters während einer 100-M-Rasse: 4 kJ

:gain in der potenziellen Gravitationsenergie eines 150-Kg-Gewichts hat sich durch 2 Meter gehoben: 3kJ

:Daily-Nahrungsmittelaufnahme eines normalen Erwachsenen: 6-8 MJ

Es würde scheinen, dass lebende Organismen (im physischen Sinn) in ihrem Gebrauch der Energie bemerkenswert ineffizient sind, die sie (chemische Energie oder Radiation) erhalten, und es wahr ist, dass echteste Maschinen höhere Wirksamkeit führen. In wachsenden Organismen dient die Energie, die umgewandelt wird, um zu heizen, einem Lebenszweck, weil sie dem Organismus-Gewebe erlaubt, hinsichtlich der Moleküle hoch bestellt zu werden, wird sie davon gebaut. Das zweite Gesetz der Thermodynamik stellt fest, dass Energie (und Sache) dazu neigt, gleichmäßiger ausgedehnt über das Weltall zu werden: Um Energie (oder Sache) in einem spezifischem Platz zu konzentrieren, ist es notwendig, einen größeren Betrag der Energie (als Hitze) über den Rest des Weltalls ("die Umgebungen") auszudehnen. Einfachere Organismen können höhere Energieeffizienz erreichen als kompliziertere, aber die komplizierten Organismen können ökologische Nischen besetzen, die für ihre einfacheren Brüder nicht verfügbar sind. Die Konvertierung eines Teils der chemischen Energie, an jedem Schritt in einem metabolischen Pfad zu heizen, ist der physische Grund hinter der Pyramide der in der Ökologie beobachteten Biomasse: Um gerade den ersten Schritt in der Nahrungsmittelkette der ungefähr 124.7 Pg/a von Kohlenstoff zu machen, der durch die Fotosynthese befestigt wird, werden 64.3 Pg/a (52 %) für den Metabolismus von grünen Werken verwendet, d. h. ins Kohlendioxyd und die Hitze wiederumgewandelt.

Maß

Weil Energie als die Fähigkeit definiert wird, Arbeit an Gegenständen zu tun, gibt es kein absolutes Maß der Energie. Nur der Übergang eines Systems von einem Staat in einen anderen kann definiert werden, und so wird Energie in Verhältnisbegriffen gemessen. Die Wahl einer Grundlinie oder Nullpunkts ist häufig willkürlich und kann auf beliebige Weise gemacht werden ist für ein Problem am günstigsten.

Methoden

Die Methoden für das Maß der Energie setzen häufig Methoden für das Maß von noch grundsätzlicheren Konzepten von Wissenschaft, nämlich Masse, Entfernung, Radiation, Temperatur, Zeit, elektrische Anklage und elektrischer Strom ein.

Herkömmlich ist die meistenteils verwendete Technik calorimetry, eine thermodynamische Technik, die sich auf das Maß der Temperatur mit einem Thermometer oder von der Intensität der Radiation mit einem bolometer verlässt.

Einheiten

Überall in der Geschichte der Wissenschaft ist Energie in mehreren verschiedenen Einheiten wie Erg und Kalorien ausgedrückt worden. Zurzeit ist die akzeptierte Einheit des Maßes für die Energie die SI-Einheit der Energie, des Joules. Zusätzlich zum Joule schließen andere Einheiten der Energie die Kilowatt-Stunde (kWh) und die britische Thermaleinheit (Btu) ein. Das sind beide größere Einheiten der Energie. Ein kWh ist zu genau 3.6 Millionen Joule gleichwertig, und ein Btu ist zu ungefähr 1055 Joule gleichwertig.

Energiedichte

Energiedichte ist ein Begriff, der für den Betrag der nützlichen Energie gebraucht ist, die in einem gegebenen System oder Gebiet des Raums pro Einheitsvolumen versorgt ist.

Für Brennstoffe ist die Energie pro Einheitsvolumen manchmal ein nützlicher Parameter. In einigen Anwendungen, dem Vergleichen, zum Beispiel, der Wirksamkeit des Wasserstoffbrennstoffs zu Benzin stellt es sich heraus, dass Wasserstoff eine höhere spezifische Energie hat, als Benzin, aber, sogar in der flüssigen Form, einer viel niedrigeren Energiedichte tut.

Formen der Energie

Transformationen der Energie

Eine Form der Energie kann häufig in einen anderen mit der Hilfe eines Geräts - zum Beispiel, eine Batterie von der chemischen Energie bis elektrische Energie sogleich umgestaltet werden; ein Damm: potenzielle Gravitationsenergie zur kinetischen Energie von bewegendem Wasser (und die Klingen einer Turbine) und schließlich zur elektrischen Energie durch einen elektrischen Generator. Ähnlich im Fall von einer chemischen Explosion wird chemische potenzielle Energie in die kinetische Energie und Thermalenergie in einer sehr kurzen Zeit umgestaltet. Und doch ist ein anderes Beispiel das eines Pendels. An seinen höchsten Punkten ist die kinetische Energie Null, und die potenzielle Gravitationsenergie ist am Maximum. An seinem niedrigsten Punkt ist die kinetische Energie am Maximum und ist der Abnahme der potenziellen Energie gleich. Wenn man (unrealistisch) annimmt, dass es keine Reibung gibt, ist die Konvertierung der Energie zwischen diesen Prozessen vollkommen, und das Pendel wird fortsetzen, für immer zu schwingen.

Energie verursacht Gewicht, wenn es in einem System mit dem Nullschwung gefangen wird, wo es gewogen werden kann. Es ist auch zur Masse gleichwertig, und diese Masse wird immer damit vereinigt. Masse ist auch zu einem bestimmten Betrag der Energie gleichwertig, und scheint ebenfalls immer verbunden damit, wie beschrieben, in der Massenenergie-Gleichwertigkeit. Die Formel E = mc ², abgeleitet von Albert Einstein (1905) misst die Beziehung zwischen Rest-Masse und Rest-Energie innerhalb des Konzepts der speziellen Relativität. Im verschiedenen theoretischen Fachwerk wurden ähnliche Formeln von J. J. Thomson (1881), Henri Poincaré (1900), Friedrich Hasenöhrl (1904) und andere abgeleitet (sieh Massenenergie equivalence#History für die weitere Information).

Sache kann zerstört und zur Energie umgewandelt werden (und umgekehrt), aber Masse kann nicht jemals zerstört werden; eher bleibt Masse eine Konstante sowohl für die Sache als auch für die Energie während jedes Prozesses, wenn sie in einander umgewandelt werden. Jedoch, seitdem ist hinsichtlich gewöhnlicher menschlicher Skalen äußerst groß, die Konvertierung des gewöhnlichen Betrags der Sache (zum Beispiel, 1 Kg) zu anderen Formen der Energie (wie Hitze, Licht und andere Radiation) kann enorme Beträge der Energie befreien (~ Joule = 21 Megatonnen von TNT), wie in Kernreaktoren und Kernwaffen gesehen werden kann. Umgekehrt ist die Massenentsprechung von einer Einheit der Energie winzig, der ist, warum ein Verlust der Energie (Verlust der Masse) von den meisten Systemen schwierig ist, durch das Gewicht zu messen, wenn der Energieverlust nicht sehr groß ist. Beispiele der Energietransformation in die Sache (d. h., kinetische Energie in Partikeln mit der Rest-Masse) werden in der energiereichen Kernphysik gefunden.

Die Transformation der Energie in die nützliche Arbeit ist ein Kernthema der Thermodynamik. In der Natur können Transformationen der Energie in zwei Arten im Wesentlichen klassifiziert werden: Diejenigen, die, und diejenigen thermodynamisch umkehrbar sind, die thermodynamisch irreversibel sind. Ein reversibler Prozess in der Thermodynamik ist derjenige, in dem keine Energie (Ausbreitung) in leere Energiestaaten zerstreut wird, die in einem Volumen verfügbar sind, von dem es in konzentriertere Formen (weniger Quant-Staaten) ohne Degradierung von noch mehr Energie nicht wieder erlangt werden kann. Ein reversibler Prozess ist derjenige, in dem diese Sorte der Verschwendung nicht geschieht. Zum Beispiel, Konvertierung der Energie von einem Typ des potenziellen Feldes zu einem anderen, ist als im Pendel-System umkehrbar, das oben beschrieben ist. In Prozessen, wo Hitze, Quant-Staaten der niedrigeren Energie, Gegenwart als mögliche Erregung in Feldern zwischen Atomen, Tat als ein Reservoir für einen Teil der Energie erzeugt wird, von der es nicht wieder erlangt werden kann, um mit 100-%-Leistungsfähigkeit in andere Formen der Energie umgewandelt zu werden. In diesem Fall muss die Energie als Hitze teilweise bleiben, und kann als verwendbare Energie nicht völlig wieder erlangt werden, außer zum Preis einer Zunahme in einer anderen Art der hitzeähnlichen Zunahme in der Unordnung in Quant-Staaten, im Weltall (wie eine Vergrößerung der Sache oder ein randomization in einem Kristall).

Da sich das Weltall rechtzeitig entwickelt, immer mehr seiner Energie wird gefangen in irreversiblen Staaten (d. h., als Hitze oder andere Arten von Zunahmen in der Unordnung). Das ist den unvermeidlichen thermodynamischen Hitzetod des Weltalls genannt geworden. In diesem Hitzetod ändert sich die Energie des Weltalls nicht, aber der Bruchteil der Energie, die verfügbar ist, um Arbeit durch einen Hitzemotor zu tun, oder in andere verwendbare Formen der Energie (durch den Gebrauch von Generatoren umgestaltet zu werden, die beigefügt sind, um Motoren zu heizen), wächst immer weniger.

Siehe auch

• Index von Energieartikeln
• Index von Welle-Artikeln

Zeichen und Verweisungen

Weiterführende Literatur

Links