Energie

Energie
A Plasmalampe, verwenden elektrische Energie Plasma schaffen hell, Wärme, Bewegung und ein schwaches Klang
Gemeinsame Symbole	E
SI-Einheit	Joule
Andere Einheiten	kw · h, BTU, Kalorie, ev, Erg, Fußpfund
Im Si -Basiseinheiten	J = kg m2 s–2
Umfangreich?	Jawohl
Konserviert?	Jawohl
Abmessungen	M L2 T–2

Im Physik, Energie ist der quantitative Eigentum das ist übertragen zu einem Karosserie oder zu a physisches System, erkennbar bei der Leistung von Arbeit und in Form von Wärme und hell. Energie ist a Konservierte Menge; das Gesetz von Energieerhaltung Staaten, dass Energie sein kann umgewandelt in Form, aber nicht geschaffen oder zerstört. Die Messeinheit in der Internationales System der Einheiten (Si) der Energie ist das Joule, das ist die Energie, die von dem auf ein Objekt übertragen wird Arbeit es eine Entfernung von einem zu bewegen Meter gegen a Macht von einem Newton.

Gemeinsame Energieformen umfassen die kinetische Energie eines beweglichen Objekts die potenzielle Energie gespeichert durch die Position eines Objekts in einer Kraft aufstellen (Gravitation, elektrisch oder magnetisch), das elastische Energie gespeichert durch Strecken fester Objekte, die, die chemische Energie freigegeben, wenn ein Kraftstoff brennt, das Strahlungsenergie durch Licht getragen und die Wärmeenergie Aufgrund des Objekts Temperatur.

Masse und Energie sind eng verwandt. Wegen Massen -Energie -Äquivalenz, jedes Objekt, das in stationärer Masse hat (genannt Menge, die übrig bleibt) hat auch eine äquivalente Menge an Energie, deren Form genannt wird Ruheenergieund jede zusätzliche Energie (von beliebiger Form), die vom obigen Objekt erworben wird, erhöht die Gesamtmasse des Objekts, ebenso wie die Gesamtenergie erhöht. Zum Beispiel nach Heizung Ein Objekt, sein Energieerhöhung könnte im Prinzip als kleiner Anstieg der Masse mit einem empfindlichen genug gemessen werden Skala.

Leben Organismen Energie benötigen, um am Leben zu bleiben, wie die Energie Menschen bekommen von Nahrung. Die menschliche Zivilisation erfordert Energie, um zu funktionieren, von der sie kommt Energieressourcen wie zum Beispiel fossile Brennstoffe, Kernbrennstoff, oder erneuerbare Energie. Die Prozesse der Erde Klima und Ökosystem werden von der strahlenden Energie angetrieben, die Erde von der Sonne erhält und die geothermische Energie Innerhalb der Erde enthalten.

Formen

Die Gesamtenergie von a System Kann auf verschiedene Weise unterteilt und in potentielle Energie, kinetische Energie oder Kombinationen der beiden eingeteilt werden. Kinetische Energie wird durch die bestimmt Bewegung eines Objekts - oder der zusammengesetzte Bewegung der Komponenten eines Objekts - und potenzielle Energie reflektiert das Potenzial eines Objekts, Bewegung zu haben, und ist im Allgemeinen eine Funktion der Position eines Objekts innerhalb von a aufstellen oder kann im Feld selbst gespeichert werden.

Während diese beiden Kategorien ausreichen, um alle Energieformen zu beschreiben, ist es oft zweckmäßig, sich bestimmte Kombinationen von potenzieller und kinetischer Energie als eigene Form zu bezeichnen. Zum Beispiel die Summe der translativen und Rotation Kinetische und potentielle Energie innerhalb eines Systems wird als bezeichnet als mechanische Energie, während die Kernenergie auf die kombinierten Potentiale innerhalb eines Atomkerns von beiden bezieht Atomkraft oder der schwache Kraftunter anderem.^[1]

Einige Arten von Energie (die ein Objekt oder ein System als messbare Eigenschaft haben kann)

Art der Energie	Beschreibung
Mechanisch	die Summe von makroskopisch translationale und rotationale kinetische und potenzielle Energien
Elektrisch	potentielle Energie aufgrund von oder in elektrischen Feldern gelagert oder gespeichert
Magnetisch	potentielle Energie aufgrund von oder in Magnetfeldern gespeicherten Energie
Gravitation	potentielle Energie aufgrund oder gespeicherter Gravitationsfelder
Chemisch	potentielle Energie aufgrund chemischer Bindungen
Ionisation	potentielle Energie das bindet ein Elektron zu seinem Atom oder Molekül
Nuklear	potentielle Energie das bindet Nukleone um die zu bilden Atomkern (und Kernreaktionen)
Chromodynamisch	potentielle Energie das bindet Quarks Formen Hadronen
Elastisch	potentielle Energie aufgrund der Verformung eines Materials (oder seines Behälters), der eine restaurative Kraft aufweist, wenn sie in seine ursprüngliche Form zurückkehrt
Mechanische Welle	kinetische und potentielle Energie in einem elastischen Material aufgrund einer Ausbreitung Schwingung von Materie
Schallwelle	Kinetische und potentielle Energie in einem Material aufgrund einer Schallwelle (eine bestimmte Art von mechanischer Welle)
Strahlend	potenzielle Energie in den Feldern von Wellen gespeichert, die von propagiert werden elektromagnetische Strahlung, einschließlich hell
Sich ausruhen	potenzielle Energie wegen ein Objekt Menge, die übrig bleibt
Thermal	kinetische Energie der mikroskopisch Bewegung von Partikeln, eine Art ungeordnetes Äquivalent mechanischer Energie

Geschichte

Das Wort Energie leitet sich aus dem ab Altgriechisch: ἐνέργεια, romanisiert:Energie, zündete. 'Aktivität, Betrieb',^[2] was möglicherweise zum ersten Mal in der Arbeit von erscheint Aristoteles Im 4. Jahrhundert v. Chr. Im Gegensatz zur modernen Definition war Energeia ein qualitatives philosophisches Konzept, das breit genug war, um Ideen wie Glück und Vergnügen einzubeziehen.

Im späten 17. Jahrhundert, Gottfried Leibniz schlug die Idee der vor Latein: vis viva, oder lebende Kraft, die als Produkt der Masse eines Objekts und seiner Geschwindigkeitsquadität definiert; Er glaubte diese Gesamtsumme vis viva wurde konserviert. Um die Verlangsamung aufgrund von Reibung zu berücksichtigen, theoretierte Leibniz, dass die thermische Energie aus den Bewegungen der Bestandteile der Materie bestand, obwohl sie mehr als ein Jahrhundert dauern würde, bis dies allgemein angenommen wurde. Das moderne Analogon dieser Eigenschaft, kinetische Energie, unterscheidet sich von vis viva Nur um den Faktor zwei. Schreiben im frühen 18. Jahrhundert, Émilie du châtelet schlug das Konzept von vor Energieerhaltung in der Marginalia ihrer französischen Sprachübersetzung von Newton's Principia Mathematica, die die erste Formulierung einer konservierten messbaren Menge darstellten, die sich von unterschiedlich unterscheidete Schwungund was später "Energie" genannt würde.

Im Jahr 1807, Thomas Young war möglicherweise der erste, der den Begriff "Energie" anstelle von verwendete vis vivain seinem modernen Sinne.^[3] Gustave-Gaspard Coriolis beschrieben "kinetische Energie"1829 in seinem modernen Sinne und 1853, William Rankine prägte den Begriff "potenzielle Energie". Das Gesetz von Energieerhaltung wurde auch erstmals im frühen 19. Jahrhundert postuliert und gilt für jeden Isoliertes System. Es wurde einige Jahre lang argumentiert Kalorienoder nur eine physikalische Menge, wie z. Schwung. 1845 James Prescott Joule entdeckte den Zusammenhang zwischen mechanischer Arbeit und der Erzeugung von Wärme.

Diese Entwicklungen führten zur theorie der Energieerhaltung, die größtenteils von William Thomson formalisiert wurde (Lord Kelvin) als Feld von Thermodynamik. Die Thermodynamik unterstützte die rasche Entwicklung von Erklärungen chemischer Prozesse durch Rudolf Clausius, Josiah Willard Gibbs, und Walther Nernst. Es führte auch zu einer mathematischen Formulierung des Konzepts von Entropie von Clausius und zur Einführung von Gesetzen von Strahlungsenergie durch Jožef Stefan. Entsprechend Noether ist TheoremDie Energieerhaltung ist eine Folge der Tatsache, dass sich die Gesetze der Physik im Laufe der Zeit nicht ändern.^[4] So haben Theoretiker seit 1918 verstanden, dass das Gesetz von Energieerhaltung ist die direkte mathematische Folge der Translationssymmetrie der Menge konjugieren zu Energie, nämlich Zeit.

Maßeinheiten

1843 entdeckte James Prescott Joule in einer Reihe von Experimenten unabhängig das mechanische Äquivalent. Die berühmteste von ihnen verwendeten den "Joule -Apparat": ein absteigendes Gewicht, das an einer Schnur befestigt war, verursachte eine Rotation eines in Wasser eingetauchten Paddels, das praktisch durch Wärmeübertragung isoliert war. Es zeigte sich, dass die Gravitation potenzielle Energie Verloren durch das Gewicht im Abstieg war gleich dem innere Energie durch das Wasser gewonnen durch Reibung mit dem Paddel.

In dem Internationales System der Einheiten (Si) Die Energieeinheit ist die Joule, benannt nach Joule. Es ist ein abgeleitete Einheit. Es ist gleich der verbrauchten Energie (oder Arbeit fertig) bei der Anwendung einer Kraft von einem Newton über eine Entfernung von einem Meter. Energie wird jedoch auch in vielen anderen Einheiten ausgedrückt, die nicht Teil des SI sind, wie z. Ergs, Kalorien, Britische Wärmeeinheiten, Kilowatt-Stunden und Kilokalorien, die einen Konvertierungsfaktor erfordern, wenn es in SI -Einheiten ausgedrückt wird.

Die SI -Einheit der Energiebereich (Energie pro Zeiteinheit) ist die Watt, was eine Joule pro Sekunde ist. Somit ist eine Joule eine Wattsekunde und 3600 Joule gleich eine Wattstunde. Das CGS Energieinheit ist die Erg und die imperial und wir üblich Einheit ist die Fuß Pfund. Andere Energieeinheiten wie die Elektronvolt, Lebensmittelkalorie oder thermodynamisch Kcal (basierend auf der Temperaturänderung des Wassers in einem Heizungsprozess) und BTU werden in bestimmten Bereichen Wissenschaft und Handel verwendet.

Wissenschaftliche Verwendung

Klassische Mechanik

In der klassischen Mechanik ist Energie eine konzeptionell und mathematisch nützliche Eigenschaft, wie es a ist Konservierte Menge. Es wurden verschiedene Formulierungen der Mechanik unter Verwendung von Energie als Kernkonzept entwickelt.

Arbeit, eine Funktion der Energie, ist Kraftzeitentfernung.

$oder$

Dies sagt, dass die Arbeit (${\ displayStyle W}$) ist gleich dem Linienintegral des Macht F auf einem Weg C; Für Details siehe die mechanische Arbeit Artikel. Arbeit und damit Energie ist Rahmenabhängig. Betrachten Sie zum Beispiel einen Ball, der von einer Fledermaus getroffen wird. Im Referenzrahmen des Massenzentrums arbeitet die Fledermaus nicht am Ball. Aber im Referenzrahmen der Person, die die Fledermaus schwingt, erfolgt an dem Ball erhebliche Arbeiten.

Die Gesamtenergie eines Systems wird manchmal als als genannt Hamiltonian, nach William Rowan Hamilton. Die klassischen Bewegungsgleichungen können auch für hochkomplexe oder abstrakte Systeme geschrieben werden. Diese klassischen Gleichungen haben bemerkenswert direkte Analoga in der nicht -relativistischen Quantenmechanik.^[5]

Ein weiteres energiebezogenes Konzept heißt das Lagrange, nach Joseph-Louis Lagrange. Dieser Formalismus ist so grundlegend wie der Hamiltonianer und beide können verwendet werden, um die Bewegungsgleichungen abzuleiten oder daraus abzuleiten. Es wurde im Kontext von erfunden klassische Mechanik, ist aber im Allgemeinen nützlich in der modernen Physik. Der Lagrange ist definiert als die kinetische Energie Minus- die potentielle Energie. Normalerweise ist der Lagrange Formalismus mathematisch bequemer als der Hamiltonianer für nicht konservative Systeme (wie Systeme mit Reibung).

Noether ist Theorem (1918) gibt an, dass jede differenzierbare Symmetrie der Wirkung eines physikalischen Systems ein entsprechendes Naturschutzgesetz hat. Noethers Theorem ist zu einem grundlegenden Instrument der modernen theoretischen Physik und dem Kalkül der Variationen geworden. Eine Verallgemeinerung der wegweisenden Formulierungen zu Bewegungskonstanten in Lagrange- und Hamiltonschen Mechanik (1788 bzw. 1833) gilt nicht für Systeme, die nicht mit einem Lagrange modelliert werden können. Zum Beispiel müssen dissipative Systeme mit kontinuierlichen Symmetrien kein entsprechendes Naturschutzgesetz haben.

Chemie

Im Zusammenhang mit Chemie, Energie ist ein Attribut einer Substanz als Folge seiner atomaren, molekularen oder aggregierten Struktur. Da eine chemische Transformation von einer Änderung einer oder mehreren dieser Strukturarten begleitet wird, wird sie normalerweise von einer Abnahme und manchmal einer Zunahme der Gesamtenergie der beteiligten Substanzen begleitet. Einige Energie kann zwischen der Umgebung und den Reaktanten in Form von Wärme oder Licht übertragen werden. Somit haben die Produkte einer Reaktion manchmal mehr, aber normalerweise weniger Energie als die Reaktanten. Eine Reaktion soll sein exotherm oder exergonisch Wenn der endgültige Zustand auf der Energieskala niedriger ist als der Anfangszustand; im weniger häufigen Fall von endothermisch Reaktionen Die Situation ist umgekehrt. Chemische Reaktionen sind normalerweise nicht möglich, es sei denn, die Reaktanten überwinden eine Energiebarriere als die Aktivierungsenergie. Das Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion (bei einer bestimmten TemperaturT) hängt mit der Aktivierungsenergie zusammenE durch den Bevölkerungsfaktor des Boltzmanns e^−E/kt; das heißt, die Wahrscheinlichkeit eines Moleküls, der mehr oder gleich Energie hat oder gleichE bei einer bestimmten TemperaturT. Diese exponentielle Abhängigkeit einer Reaktionsrate von der Temperatur ist als die bezeichnet Arrhenius -Gleichung. Die für eine chemische Reaktion erforderliche Aktivierungsenergie kann in Form von thermischer Energie bereitgestellt werden.

Biologie

Im Biologie, Energie ist ein Attribut aller biologischen Systeme, von der Biosphäre bis zum kleinsten lebenden Organismus. Innerhalb eines Organismus ist es für das Wachstum und die Entwicklung eines biologischen Zelle oder Organelle eines biologischen Organismus. Energie verwendet in Atmung wird in Substanzen wie aufbewahrt, z. Kohlenhydrate (einschließlich Zucker), Lipide, und Proteine gespeichert von Zellen. Menschlich, die menschliches Äquivalent (H-E) (menschliche Energieumwandlung) zeigt für eine bestimmte Menge an Energieverbrauch die relative Energiemenge an, die für den Menschen benötigt wird Stoffwechsel, Verwendung als Standard einen durchschnittlichen menschlichen Energieverbrauch von 12.500 kJ pro Tag und a Basale Stoffwechselrate von 80 Watt. Wenn unser Körper beispielsweise (im Durchschnitt) bei 80 Watt läuft, läuft eine Glühbirne mit 100 Watt mit 1,25 menschlichen Äquivalenten (100 ÷ 80), d. H. 1,25 H-E. Für eine schwierige Aufgabe von nur wenigen Sekunden kann eine Person Tausende von Watts ausgeben, um viele Male die 746 Watt in einer offiziellen Leistung. Bei Aufgaben, die ein paar Minuten dauern, kann ein passender Mensch vielleicht 1.000 Watt erzeugen. Für eine Aktivität, die eine Stunde lang aufrechterhalten werden muss, sinkt die Leistung auf rund 300; Für eine Aktivität, die den ganzen Tag auf dem Laufenden gehalten, sind 150 Watt ungefähr das Maximum.^[6] Das menschliche Äquivalent hilft das Verständnis der Energieflüsse in physikalischen und biologischen Systemen, indem sie Energieeinheiten in menschlichen Begriffen ausdrückt: Es bietet ein "Gefühl" für die Verwendung einer bestimmten Energiemenge.^[7]

Die strahlende Energie von Sunlight wird auch von Pflanzen als erfasst Chemische Potentialergie in Photosynthese, wenn Kohlendioxid und Wasser (zwei energiearme Verbindungen) in Kohlenhydrate, Lipide, Proteine ​​und Sauerstoff umgewandelt werden. Freisetzung der während der Photosynthese gespeicherten Energie als Wärme oder Licht kann plötzlich durch einen Funken in einem Waldbrand ausgelöst werden, oder es kann langsamer für den tierischen oder menschlichen Stoffwechsel zur Verfügung gestellt werden, wenn organische Moleküle aufgenommen werden und werden Katabolismus wird durch ausgelöst Enzym Aktion.

Alle Lebewesen verlassen sich auf eine externe Energiequelle, um wachsen und reproduzieren zu können - Strahlungsenergie von der Sonne bei grünen Pflanzen und chemischen Energie (in irgendeiner Form) bei Tieren. Die tägliche 1500–2000Kalorien (6–8 mj) für einen menschlichen Erwachsenen empfohlen werden als Lebensmittelmoleküle, hauptsächlich Kohlenhydrate und Fette, von denen Glucose (C₆H₁₂O₆) und Stearin (C₅₇H₁₁₀O₆) sind bequeme Beispiele. Die Lebensmittelmoleküle sind oxidiert zu Kohlendioxid und Wasser in dem Mitochondrien

und ein Teil der Energie wird zum Konvertieren verwendet ADP hinein ATP:

Der Rest der chemischen Energie des Kohlenhydrats oder Fetts wird in Wärme umgewandelt: Der ATP wird als "Energiewährung" verwendet, und ein Teil der chemischen Energie, die er enthält Stoffwechsel Wenn ATP mit OH -Gruppen reagiert und sich schließlich in ADP und Phosphat aufteilt (in jeder Phase von a Stoffwechselweg, einige chemische Energie wird in Wärme umgewandelt). Für verwendet nur ein winziger Bruchteil der ursprünglichen chemischen Energie für Arbeit:^{[Anmerkung 1]}

Gewinn in der kinetischen Energie eines Sprinters während eines 100 -m -Rennens: 4 kJ

Gewinn der Gravitationspotentialergie eines 150 kg Gewichts, das auf 2 Meter angehoben wurde: 3 kJ

Tägliche Nahrungsaufnahme eines normalen Erwachsenen: 6–8 MJ

Es scheint, dass lebende Organismen bemerkenswert sind ineffizient (im physischen Sinne) in ihrer Nutzung der Energie, die sie erhalten (chemische oder strahlende Energie); die meisten Maschinen Verwalten Sie höhere Effizienz. Bei wachsenden Organismen dient die Energie, die in Wärme umgewandelt wird, einen wichtigen Zweck, da das Organismusgewebe in Bezug auf die Moleküle, aus denen er gebaut wird, hoch geordnet werden kann. Das Zweites Gesetz der Thermodynamik stellt fest, dass Energie (und Materie) eher gleichmäßiger über das Universum ausbreitet Universum ("die Umgebung").^{[Anmerkung 2]} Einfachere Organismen können höhere Energieeffizienzen erzielen als komplexere, aber die komplexen Organismen können einnehmen ökologische Nischen das stehen ihren einfacheren Brüdern nicht zur Verfügung. Die Umwandlung eines Teils der chemischen Energie, um bei jedem Schritt in einem Stoffwechselweg zu heizen Ökologie. Als Beispiel nur den ersten Schritt in der Nahrungskette: der geschätzten 124,7 pg/a Kohlenstoff, das heißt Fest durch Photosynthese, 64,3 pg/a (52%) werden für den Stoffwechsel von grünen Pflanzen verwendet,^[8] d.h. in Kohlendioxid und Wärme umgewandelt.

Geowissenschaften

Im Geologie, Kontinentalverschiebung, Bergketten, Vulkane, und Erdbeben sind Phänomene, die in Bezug auf Energieveränderungen im Innenraum der Erde erklärt werden können,^[9] während meteorologisch Phänomene wie Wind, Regen, Heil, Schnee, Blitz, Tornados und Hurrikane sind alle ein Ergebnis von Energieveränderungen in unserer Atmosphäre hervorgerufen durch Solarenergie.

Sonnenlicht ist die Haupteingabe zu Energiebudget der Erde Was für seine Temperatur und Klimastabilität verantwortlich ist. Sonnenlicht kann als Gravitationspotentialergie gespeichert werden, nachdem sie auf die Erde getroffen werden kann, als (zum Beispiel wann), wie Wasser aus den Ozeanen verdunstet und auf Bergen abgelagert wird (wo nach dem Freileiten an einem Wasserkraft Damm freigelassen wird, kann es zum Antrieb von Turbinen oder Generatoren verwendet werden Strom erzeugen). Sunlight treibt auch die meisten Wetterphänomene und speichern einige Ausnahmen, wie sie zum Beispiel vulkanische Ereignisse erzeugt werden. Ein Beispiel für ein mit Sonnenvermittelte Wetterereignis ist ein Hurrikan, das auftritt, wenn große instabile Bereiche des warmen Ozeans über Monate erhitzt werden, plötzlich einen Teil ihrer Wärmeenergie aufgeben, um einige Tage gewalttätiger Luftbewegung zu profitieren.

In einem langsameren Prozess, radioaktiver Zerfall von Atomen im Kern der Erde setzt Wärme frei. Diese Wärmeenergie fährt an Plattentektonik und kann Berge heben, über Orogenese. Dieses langsame Heben stellt eine Art Gravitationspotential dar Energiespeicher der thermischen Energie, die später während eines Auslöserereignisses in aktive kinetische Energie während Erdrutschen umgewandelt werden kann. Erdbeben setzen auch gespeicherte elastische Potentialenergie in Gesteinen frei, ein Geschäft, das letztendlich aus denselben radioaktiven Wärmequellen hergestellt wurde. Nach dem gegenwärtigen Verständnis füllen bekannte Ereignisse wie Erdrutsche und Erdbeben Energie frei, die als potentielle Energie im Gravitationsfeld der Erde oder als elastische Belastung (mechanische potentielle Energie) in Gesteinen gespeichert wurde. Zuvor repräsentieren sie die Freisetzung von Energie, die seit dem Zusammenbruch von langzerstroyierten Supernova-Sternen (die diese Atome erzeugten) in schweren Atomen gespeichert wurden.

Kosmologie

Im Kosmologie und Astronomie Die Phänomene von Sterne, Nova, Supernova, Quasare und Gammastray platzt sind die höchsten Energieveränderungen des Universums des Universums. Alle Sternphänomene (einschließlich Sonnenaktivität) werden von verschiedenen Arten von Energieumwandlungen angetrieben. Energie in solchen Transformationen ist entweder aus dem Gravitationskollaps der Materie (normalerweise molekularer Wasserstoff) in verschiedene Klassen astronomischer Objekte (Sterne, schwarze Löcher usw.) oder aus nuklearer Fusion (von helleren Elementen, hauptsächlich Wasserstoff). Das Kernfusion von Wasserstoff in der Sonne setzt auch ein weiteres Geschäft potentieller Energie frei, das zum Zeitpunkt der Urknall. Zu dieser Zeit erweiterte sich der Raum nach Theorie und das Universum kühlte zu schnell, als Wasserstoff vollständig zu schwereren Elementen zu verschmelzen. Dies bedeutete, dass Wasserstoff ein Geschäft potentieller Energie darstellt, die durch Fusion freigesetzt werden kann. Ein solcher Fusionsprozess wird durch Wärme und Druck ausgelöst, der aus dem Gravitationskollaps von Wasserstoffwolken erzeugt wird, wenn sie Sterne produzieren, und ein Teil der Fusionsenergie wird dann in Sonnenlicht umgewandelt.

Quantenmechanik

Im Quantenmechanik, Energie wird in Bezug auf die definiert Energieoperator (Hamiltonian) als zeitliche Ableitung des Wellenfunktion. Das Schrödinger Gleichung Gleich ist der Energieoperator mit der vollen Energie eines Teilchens oder eines Systems. Seine Ergebnisse können als Definition der Energiemessung in der Quantenmechanik angesehen werden. Die Schrödinger-Gleichung beschreibt die Raum- und Zeitabhängigkeit eines sich langsam verändernden (nicht-relativistisch) Wellenfunktion von Quantensystemen. Die Lösung dieser Gleichung für ein gebundenes System ist diskret (eine Reihe von zulässigen Zuständen, die jeweils durch ein gekennzeichnet sind Energielevel) was zum Konzept von führt Quanta. In der Lösung der Schrödinger -Gleichung für jeden Oszillator (Vibrator) und für elektromagnetische Wellen in einem Vakuum hängen die resultierenden Energiezustände mit der Frequenz durch Plancks Beziehung: ${\ displayStyle e = h \ nu}$ (wo ${\ displayStyle H}$ ist Plancks Konstante und ${\ displayStyle \ nu}$ die Frequenz). Im Falle einer elektromagnetischen Welle werden diese Energiezustände als Quanta des Lichts bezeichnet oder Photonen.

Relativität

Bei der Berechnung der kinetischen Energie (Arbeit zu beschleunigen a massiver Körper von null Geschwindigkeit zu einer begrenzten Geschwindigkeit) relativistisch - verwenden Lorentz -Transformationen Anstatt von Newtonsche Mechanik -Einstein entdeckte ein unerwartetes Nebenprodukt dieser Berechnungen, um ein Energiebegriff zu sein, der nicht mit Nullgeschwindigkeit verschwindet. Er nannte es Ruheenergie: Energie, die jeder massive Körper besitzen muss, auch wenn es in Ruhe ist. Die Energiemenge ist direkt proportional zur Masse des Körpers:

wo

• m₀ ist der Menge, die übrig bleibt vom Körper,
• c ist der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum,
• ${\ displayStyle e_ {0}}$ ist die Restergie.

Zum Beispiel überlegen Elektron–Positron Annihilation, in der die Restenergie dieser beiden einzelnen Partikel (gleich ihrer Ruhmasse entspricht) in die strahlende Energie der im Prozess erzeugten Photonen umgewandelt wird. In diesem System die Angelegenheit und Antimaterie (Elektronen und Positronen) werden zerstört und in Nicht-Materie (die Photonen) geändert. Die Gesamtmasse und die Gesamtenergie ändern sich jedoch während dieser Wechselwirkung nicht. Die Photonen haben jeweils keine Ruhemasse, aber dennoch haben Strahlungsenergie, die die gleiche Trägheit aufweist wie die beiden ursprünglichen Partikel. Dies ist ein reversibler Prozess - der inverse Prozess wird genannt Paarerstellung - in der die Restmasse der Partikel aus der strahlenden Energie von zwei (oder mehr) Vernichten von Photonen entsteht.

Im Allgemeinen Relativitätstheorie die Stress -Energie -Tensor dient als Quellbegriff für das Gravitationsfeld, in einer groben Analogie zur Art und Weise, wie die Masse als Quellbegriff in der nicht-relativistischen Newtonschen Näherung dient.^[10]

Energie und Masse sind Manifestationen einer und derselben zugrunde liegenden physischen Eigenschaft eines Systems. Diese Eigenschaft ist für die Trägheit und Stärke der Gravitationswechselwirkung des Systems ("Massenmanifestationen") verantwortlich und ist auch für die potenzielle Fähigkeit des Systems verantwortlich, Arbeit oder Heizung ("Energiemanifestationen") auszuführen, die den Grenzen der Einschränkungen der Einschränkungen der Einschränkungen von Vorbehalt haben Andere physische Gesetze.

Im klassische Physik, Energie ist eine skalare Menge, die Kanonischer Konjugat zur Zeit. Im Spezielle Relativität Energie ist auch ein Skalar (obwohl nicht a Lorentz Scalar aber eine Zeitkomponente der Energy-Momentum 4-Vektor).^[10] Mit anderen Worten, Energie ist in Bezug auf Rotationen von invariant Platz, aber nicht invariant in Bezug auf Rotationen von Freizeit (= Schubs).

Transformation

Einige Formen von Transfer von Energie ("Energie im Transport") von einem Objekt oder System zu einem anderen

Art der Übertragung Prozess	Beschreibung
Hitze	Gleicher Betrag von Wärmeenergie im Transit spontan in Richtung einer niedrigerenTemperatur Objekt
Arbeit	Gleiche Energiemenge im Transport aufgrund einer Verschiebung in Richtung eines angelegten Macht
Materialübertragung	Gleiche Energiemenge durch getragen von Angelegenheit Das bewegt sich von einem System zum anderen

Energie kann sein transformiert zwischen verschiedenen Formen bei verschiedenen Formen Effizienz. Elemente, die sich zwischen diesen Formen verwandeln, werden genannt Wandler. Beispiele für Wandler sind a Batterie (aus chemische Energie zu elektrische Energie), ein Damm (von Gravitationspotentialergie zu kinetische Energie von sich bewegendes Wasser (und die Klingen von a Turbine) und letztendlich zu elektrische Energie durch ein Stromgenerator), und ein Wärmemotor (von Hitze zu Arbeit).

Beispiele für die Energieumwandlung sind die Erzeugung elektrische Energie aus der Wärmeenergie über eine Dampfturbine oder ein Objekt gegen die Schwerkraft mit elektrischer Energie anheben, das einen Kranmotor antreibt. Das Heben gegen die Schwerkraft führt mechanische Arbeiten am Objekt durch und speichert die Gravitationspotentialergie im Objekt. Wenn das Objekt zu Boden fällt, wirkt die Schwerkraft mechanisch an dem Objekt, das die potentielle Energie im Gravitationsfeld in die kinetische Energie verwandelt, die als Wärme auf den Aufprall mit dem Boden freigesetzt wird. Unsere Sonne verwandelt sich nukleare Potentialenergie zu anderen Formen der Energie; Die Gesamtmasse nimmt aufgrund der selbst nicht ab (da sie auch in verschiedenen Formen immer noch die gleiche Gesamtenergie enthält), aber seine Masse nimmt ab, wenn die Energie in ihre Umgebung entkommt, weitgehend als Strahlungsenergie.

Es gibt strenge Grenzen dafür, wie effizient Wärme in umgewandelt werden kann Arbeit In einem zyklischen Prozess, z. in einem Wärmemotor, wie beschrieben von Carnots Satz und die Zweites Gesetz der Thermodynamik. Einige Energieveränderungen können jedoch sehr effizient sein. Die Richtung der Transformationen in der Energie (welche Art von Energie wird in die andere Art verwandelt) wird oft bestimmt Entropie (Gleiche Energieverbreitung unter allen verfügbaren verfügbaren Freiheitsgrade) Überlegungen. In der Praxis sind alle Energietransformationen in kleinem Maßstab zulässig, aber bestimmte größere Transformationen sind nicht zulässig, da es statistisch unwahrscheinlich ist, dass Energie oder Materie zufällig in konzentrierte Formen oder kleinere Räume wandelt.

Energieveränderungen im Universum im Laufe der Zeit sind durch verschiedene Arten potenzieller Energie gekennzeichnet, die seit dem verfügbar sind Urknall, "freigegeben" (verwandelt in aktivere Energiearten wie kinetische oder strahlende Energie), wenn ein Auslösermechanismus verfügbar ist. Zu den bekannten Beispielen solcher Prozesse gehören Nucleosynthese, ein Prozess, der letztendlich die von der freigesetzte Gravitationspotentialergie verwendet Gravitationszusammenbruch von Supernovae Energie in der Schaffung schwerer Isotope "speichern" (wie z. Uran und Thorium), und Nuklearverfall, ein Prozess, bei dem Energie freigesetzt wird, die ursprünglich in diesen schweren Elementen gespeichert wurde, bevor sie in das Sonnensystem und die Erde eingebaut wurden. Diese Energie wird ausgelöst und in Nuklear freigesetzt Spaltbomben oder in der Erzeugung der Zivilkernkraft. Ebenso im Fall von a Chemische Explosion, Chemisches Potential Energie wird zu transformiert in kinetisch und Wärmeenergie in sehr kurzer Zeit.

Ein weiteres Beispiel ist das von a Pendel. An den höchsten Punkten die kinetische Energie ist Null und die Gravitationspotentialergie ist maximal. Am niedrigsten Punkt die kinetische Energie ist maximal und entspricht der Abnahme in potenzielle Energie. Wenn man (unrealistisch) annimmt, dass es keine gibt Reibung oder andere Verluste, die Umwandlung von Energie zwischen diesen Prozessen wäre perfekt und die Pendel würde für immer weiter schwingen.

Energie wird auch aus potentieller Energie übertragen (${\ displayStyle e_ {p}}$) bis kinetische Energie (${\ displayStyle e_ {k}}$) und dann ständig wieder zu potentieller Energie. Dies wird als Energieerhaltung bezeichnet. In diesem Isoliertes System, Energie kann nicht geschaffen oder zerstört werden; Daher sind die anfängliche Energie und die endgültige Energie gleich einander. Dies kann durch Folgendes demonstriert werden:

$${\ displayStyle e_ {pi}+e_ {ki} = e_ {pf}+e_ {kf}}$$

(4)

Die Gleichung kann dann seitdem weiter vereinfacht werden ${\ displayStyle e_ {p} = mgh}$ (Massenzeitenbeschleunigung aufgrund von Schwerkraftzeiten der Höhe) und ${\ textstyle e_ {k} = {\ frac {1} {2}} mv^{2}}$ (Halbmassengeschwindigkeitsquadität). Dann kann die Gesamtmenge an Energie durch Hinzufügen gefunden werden ${\ displayStyle e_ {p}+e_ {k} = e _ {\ text {total}}}$.

Energie und Masse in der Transformationserhaltung

Energie führt zu einem Gewicht, wenn sie in einem System mit Null -Impuls eingeschlossen ist, wo es gewogen werden kann. Es entspricht auch der Masse, und diese Masse ist immer damit verbunden. Die Masse entspricht auch einer gewissen Energie und erscheint auch immer damit verbunden, wie in beschrieben in Massenergieäquivalenz. Die Formel E=MC², abgeleitet von Albert Einstein (1905) quantifiziert die Beziehung zwischen Relativistische Masse und Energie im Konzept der besonderen Relativitätstheorie. In verschiedenen theoretischen Rahmenbedingungen wurden ähnliche Formeln abgeleitet von J.J. Thomson (1881), Henri Poincaré (1900), Friedrich Hasenöhrl (1904) und andere (siehe Massenergieäquivalenz#Geschichte Für weitere Informationen).

Teil der Ruheenergie (gleichwertig zur Ruhemasse) von Angelegenheit kann in andere Energieformen umgewandelt werden (die noch Masse aufweisen), aber weder Energie noch Masse können zerstört werden; Beide bleiben während eines jeden Prozesses konstant. Aber seit ${\ displayStyle c^{2}}$ ist im Vergleich zu gewöhnlichen menschlichen Skalen extrem groß, die Umwandlung einer alltäglichen Menge an Ruhemasse (z. Andere Strahlung) kann enorme Mengen an Energie befreien (~${\ displayStyle 9 \ Times 10^{16}}$ Joule = 21 Megatons von TNT), wie in gesehen werden kann Kernreaktoren und Atomwaffen. Umgekehrt ist das Massenäquivalent einer alltäglichen Menge Energie winzig, weshalb ein Energieverlust (Massenverlust) aus den meisten Systemen auf einer Waage schwer zu messen ist, es sei denn, der Energieverlust ist sehr groß. Beispiele für große Transformationen zwischen Ruheenergie (von Materie) und anderen Energieformen (z. B. kinetische Energie in Partikel mit REST -Masse) werden in gefunden Kernphysik und Teilchenphysik. Oft ist jedoch die vollständige Umwandlung von Materie (wie Atomen) in Nicht-Materie (wie Photonen) von verboten Erhaltungsgesetze.

Reversible und nicht reversible Transformationen

Die Thermodynamik unterteilt die Energieumwandlung in zwei Arten: reversible Prozesse und Irreversible Prozesse. Ein irreversibler Prozess ist eines, bei dem Energie in leere Energiezustände, aus denen in einem Volumen verfügbar ist, aufgelöst wird, aus dem sie nicht in konzentriertere Formen (weniger Quantenzustände) ohne Verschlechterung von noch mehr Energie wiederhergestellt werden kann. Ein reversibler Prozess ist einer, bei dem diese Art von Dissipation nicht auftritt. Beispielsweise ist die Umwandlung von Energie von einem potenziellen Feld in ein anderes reversibel, wie im oben beschriebenen Pendelsystem. In Prozessen, in denen Wärme erzeugt wird Energieformen. In diesem Fall muss die Energie teilweise als thermische Energie bleiben und kann nicht vollständig als nutzbare Energie wiederhergestellt werden, außer zum Preis einer Erhöhung einer anderen Art von hitziger Erhöhung der Störungen in Quantenzuständen im Universum (wie z. Expansion der Materie oder eine Randomisierung in einem Kristall).

Wenn sich das Universum mit der Zeit entwickelt, wird immer mehr Energie in irreversiblen Zuständen gefangen (d. H. Als Wärme oder als andere Arten von Erhöhungen der Störung). Dies hat zur Hypothese des unvermeidlichen thermodynamischen Hitze Tod des Universums. In dieser Hitze -Tod ändert sich die Energie des Universums nicht, sondern der Anteil der Energie, der zur Arbeit durch a verfügbar ist Wärmemotor, oder werden in andere nutzbare Energieformen (durch die Verwendung von Generatoren, die an Wärmemotoren gebunden) umgewandelt werden, nimmt weiter ab.

Energieerhaltung

Die Tatsache, dass Energie weder geschaffen noch zerstört werden kann, wird als Gesetz von bezeichnet Energieerhaltung. In Form der Erstes Gesetz der ThermodynamikDies besagt, dass a geschlossenes SystemDie Energie ist konstant, es sei denn Arbeit oder Wärmeund dass bei der Übertragung keine Energie verloren geht. Der gesamte Energiezufluss in ein System muss dem gesamten Energieabfluss aus dem System sowie der Veränderung der im System enthaltenen Energie entsprechen. Wenn man die Gesamtenergie eines Partikelsystems misst (oder berechnet), deren Wechselwirkungen nicht explizit abhängen, wird festgestellt, dass die Gesamtenergie des Systems immer konstant bleibt.^[11]

Während Wärme in einer reversiblen isothermen Expansion eines idealen Gases immer vollständig in Arbeit umgewandelt werden kann, für zyklische Prozesse von praktischem Interesse an Wärmemotoren das Zweites Gesetz der Thermodynamik erklärt, dass das System, das arbeitet Abwärme. Dies schafft eine Grenze für die Menge an Wärmeenergie, die in einem zyklischen Prozess funktionieren kann, eine Grenze, die als die genannt wird verfügbare Energie. Mechanische und andere Energieformen können in die andere Richtung in die andere Richtung transformiert werden Wärmeenergie ohne solche Einschränkungen.^[12] Die Gesamtenergie eines Systems kann berechnet werden, indem alle Energieformen im System addiert werden.

Richard Feynman sagte während einer Vorlesung von 1961:^[13]

Es gibt eine Tatsache oder wenn Sie möchten, a Gesetzalle natürlichen Phänomene, die bisher bekannt sind. Es ist keine Ausnahme von diesem Gesetz bekannt - soweit wir wissen, ist es genau. Das Gesetz heißt das Energieerhaltung. Es besagt, dass es eine bestimmte Menge gibt, die wir Energie nennen, die sich in Verteiler nicht ändert, was die Natur unterliegt. Das ist eine sehr abstrakte Idee, da es sich um ein mathematisches Prinzip handelt. Es heißt, dass es eine numerische Menge gibt, die sich nicht ändert, wenn etwas passiert. Es ist keine Beschreibung eines Mechanismus oder irgendetwas Konkretes; Es ist nur eine seltsame Tatsache, dass wir eine Reihe berechnen können und wenn wir beobachten, wie die Natur ihre Tricks durchläuft und die Zahl erneut berechnet hat, ist es dasselbe.

-Die Feynman Vorträge zur Physik

Die meisten Arten von Energie (wobei Gravitationsenergie eine bemerkenswerte Ausnahme ist)^[14] unterliegen auch strengen lokalen Naturschutzgesetzen. In diesem Fall kann Energie nur zwischen benachbarten Raumregionen ausgetauscht werden, und alle Beobachter sind sich über die volumetrische Energiedichte in einem bestimmten Raum einig. Es gibt auch ein globales Gesetz zur Energieerhaltung, in der festgestellt wird, dass sich die Gesamtenergie des Universums nicht ändern kann. Dies ist eine Folge des örtlichen Gesetzes, aber nicht umgekehrt.^[12][13]

Dieses Gesetz ist ein Grundprinzip der Physik. Wie streng von durch gezeigt von Noether ist TheoremDie Energieerhaltung ist eine mathematische Folge von Translationssymmetrie von Zeit,^[15] Eine Eigenschaft der meisten Phänomene unterhalb der kosmischen Skala, die sie unabhängig von ihren Standorten in der Zeitkoordinate macht. Anders ausgedrückt, gestern, heute und morgen sind physisch nicht zu unterscheiden. Dies liegt daran, dass Energie die Menge ist, die ist Kanonischer Konjugat zur Zeit. Diese mathematische Verstrickung von Energie und Zeit führt auch zum Unsicherheitsprinzip - es ist unmöglich, die genaue Energiemenge während eines bestimmten Zeitintervalls zu definieren (obwohl dies nur für sehr kurze Zeitintervalle praktisch signifikant ist). Das Unsicherheitsprinzip sollte nicht mit Energieeinsparung verwechselt werden - vielmehr liefert es mathematische Grenzen, an die Energie im Prinzip definiert und gemessen werden kann.

Jede der Grundkräfte der Natur ist mit einer anderen Art potentieller Energie verbunden, und alle Arten potentieller Energie (wie alle anderen Arten von Energie) erscheinen als System Masse, wann immer Gegenwart. Beispielsweise ist eine komprimierte Feder etwas massiver als vor dem Komprimieren. Ebenso wird eine damit verbundene Masse, wenn Energie zwischen den Systemen durch einen Mechanismus übertragen wird, mit dieser Masse übertragen.

Im Quantenmechanik Energie wird mit dem ausgedrückt Hamiltonianer Betreiber. Auf jeder Zeitskalen ist die Unsicherheit in der Energie durch

$oder$

das ist ähnlich in Form des Heisenberg Unsicherheitsprinzip (aber nicht wirklich mathematisch gleichwertig dazu, da seitdem H und t sind weder dynamisch konjugierte Variablen, weder in klassischer noch in der Quantenmechanik).

Im TeilchenphysikDiese Ungleichheit ermöglicht ein qualitatives Verständnis von Virtuelle Partikel, was tragen Schwung. Der Austausch virtueller Partikel mit realen Partikeln ist für die Schaffung aller Bekannten verantwortlich Grundkräfte (genauer bekannt als grundlegende Interaktionen). Virtuelle Photonen sind auch verantwortlich für die elektrostatische Wechselwirkung zwischen elektrische Aufladungen (was in ... endet Coulomb-Gesetz), zum spontan Strahlungsverfall von angeregten Atom- und Kernzuständen für die Casimir -Kraftfür die Van der Waals Force und einige andere beobachtbare Phänomene.

Energieübertragung

Geschlossene Systeme

Energieübertragung kann für den Sonderfall von Systemen berücksichtigt werden, die es sind abgeschlossen Materie Transfers. Der Teil der Energie, die von übertragen wird Konservative Kräfte über die Entfernung wird als die gemessen Arbeit Das Quellsystem im Empfangssystem. Der Teil der Energie, der während der Übertragung nicht funktioniert, wird genannt Wärme.^{[Notiz 3]} Energie kann auf verschiedene Weise zwischen den Systemen übertragen werden. Beispiele sind die Übertragung von elektromagnetische Energie über Photonen, physikalische Kollisionen, die übertragen werden kinetische Energie,^{[Anmerkung 4]} Gezeitenwechselwirkungen,^[16] und die leitende Übertragung von Wärmeenergie.

Energie ist streng konserviert und auch lokal konserviert, wo immer sie definiert werden kann. In der Thermodynamik wird für geschlossene Systeme der Prozess des Energieübertragers durch die beschrieben Erstes Gesetz:^{[Anmerkung 5]}

${\ displayStyle \ Delta {} e = w+q}$

(1)

wo ${\ displayStyle e}$ ist die Menge an Energie übertragen, ${\ displayStyle W}$repräsentiert die Arbeit am oder durch das System, und ${\ displayStyle q}$ repräsentiert den Wärmefluss in oder aus dem System. Als Vereinfachung, der Wärmebegriff, ${\ displayStyle q}$, kann manchmal ignoriert werden, insbesondere für schnelle Prozesse mit Gasen, die schlechte Wärmeleiter sind oder wenn die thermischen Wirkungsgrad der Übertragung ist hoch. Für solch Adiabatische ProzesseAnwesend

${\ displayStyle \ Delta {} e = w}$

(2)

Diese vereinfachte Gleichung ist diejenige, mit der das definiert wird Joule, zum Beispiel.

Offene Systeme

Jenseits der Einschränkungen geschlossener Systeme, Offene Systeme kann in Verbindung mit der Übertragung von Materie Energie gewinnen oder verlieren (dieses Verfahren wird durch Injektion eines Luftstoffmischs in einen Automotor veranschaulicht, ein System, das die Energie gewinnt, ohne dass entweder Arbeit oder Wärme hinzugefügt wird). Bezeichnung dieser Energie durch ${\ displayStyle e _ {\ text {matter}}}$, man kann schreiben

${\ displayStyle \ delta e = w+q+e _ {\ text {matter}}.}$

(3)

Thermodynamik

Innere Energie

Innere Energie ist die Summe aller mikroskopischen Energieformen eines Systems. Es ist die Energie, die zur Erstellung des Systems erforderlich ist. Es hängt mit der potentiellen Energie zusammen, z. B. molekulare Struktur, Kristallstruktur und anderen geometrischen Aspekten sowie der Bewegung der Partikel in Form kinetischer Energie. Die Thermodynamik befasst sich hauptsächlich mit Veränderungen der internen Energie und nicht mit ihrem absoluten Wert, der nur mit der Thermodynamik allein bestimmen kann.^[17]

Erstes Gesetz der Thermodynamik

Das Erstes Gesetz der Thermodynamik behauptet, dass die Gesamtenergie eines Systems und seiner Umgebung (aber nicht unbedingt Thermodynamische freie Energie) ist immer erhalten^[18] und dieser Wärmefluss ist eine Form der Energieübertragung. Für homogene Systeme mit einer genau definierten Temperatur und Druck ist eine häufig verwendete Folge des ersten Gesetzes, dass für ein System, das nur zu einem System ausgesetzt ist Druck Kräfte und Wärmeübertragung (z. B. ein Zylinderful von Gas) ohne chemische Veränderungen, die unterschiedliche Änderung der inneren Energie des Systems (mit a gewinnen in Energie, die durch eine positive Menge bedeutet) wird als gegeben als

$oder$,

wobei der erste Term rechts die in das System übertragene Wärme ist, ausgedrückt in Bezug auf Temperatur T und Entropie S (in dem die Entropie zunimmt und ihre Veränderung dS ist positiv, wenn dem System Wärme hinzugefügt wird) und der letzte Term auf der rechten Seite wird als Arbeit am System identifiziert, wobei der Druck ist P und Volumen V (Die negativen Vorzeichenergebnisse, da die Komprimierung des Systems erforderlich ist, müssen Arbeiten durchgeführt werden, und so die Volumenänderung, D.V, ist negativ, wenn die Arbeit am System durchgeführt wird).

Diese Gleichung ist hochspezifisch und ignoriert alle chemischen, elektrischen, nuklearen und gravitationalen Kräfte, Effekte wie z. Advektion von jeder Form von Energie außer Wärme und Pv-Arbeit. Die allgemeine Formulierung des ersten Gesetzes (d. H. Energieerhaltung) ist auch in Situationen gültig, in denen das System nicht homogen ist. In diesen Fällen die Veränderung der internen Energie von a abgeschlossen System wird in allgemeiner Form durch ausgedrückt

${\ displayStyle \ mathrm {d} e = \ delta q+\ delta w}$

wo ${\ displayStyle \ Delta q}$ ist die Wärme dem System geliefert und ${\ displayStyle \ Delta W}$ Wird die Arbeit für das System angewendet?

Equipartition von Energie

Die Energie eines mechanischen harmonischer Oszillator (Eine Masse auf einer Frühling) ist abwechselnd kinetisch und potenzielle Energie. An zwei Punkten in der Schwingung Kreislauf Es ist völlig kinetisch und an zwei Punkten ist es völlig potentiell. Über einen ganzen Zyklus oder über viele Zyklen ist die durchschnittliche Energie gleichermaßen zwischen Kinetik und Potential aufgeteilt. Dies ist ein Beispiel für das Equipartitionsprinzip: Die Gesamtenergie eines Systems mit vielen Freiheitsgraden ist im Durchschnitt gleichermaßen unter allen verfügbaren Freiheitsgraden aufgeteilt.

Dieses Prinzip ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis des Verhaltens einer Menge, die energiegelnen, genannt Entropie. Entropie ist ein Maß für die Gleichheit von a Verteilung Energie zwischen Teilen eines Systems. Wenn ein isoliertes System mehr Freiheitsgrade erhalten Energiezustände Das sind die gleichen wie vorhandene Zustände), dann breitet sich die Gesamtenergie über alle verfügbaren Grade gleichermaßen ohne Unterscheidung zwischen "neuen" und "alten" Graden aus. Dieses mathematische Ergebnis ist Teil der Zweites Gesetz der Thermodynamik. Das zweite Gesetz der Thermodynamik ist einfach nur für Systeme, die in der Nähe oder in einem physischen Bereich sind Gleichgewichtszustand. Für Nichtgleichgewichtssysteme sind die Gesetze, die das Verhalten der Systeme regeln, nach wie vor umstritten. Eines der Leitprinzipien für diese Systeme ist das Prinzip von Maximale Entropieproduktion.^[19][20] Es besagt, dass sich nichtgleichgleichmäßige Systeme so verhalten, dass sie ihre Entropieproduktion maximiert.^[21]

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Weitere Lektüre

Zeitschriften

• Das Journal of Energy History / Revue d'Histoire de l'Énergie (Jehrhe), 2018–

Externe Links

• Energie bei Curlie
• Unterschiede zwischen Wärme und thermischer Energie Archiviert 2016-08-27 bei der Wayback -Maschine - Biocab