Las leyes de la termodinámica

l \ mathrm {d} E = T \ mathrm {d} S - P \ mathrm {d} V \, ,

donde está el primer término a la derecha el traspaso térmico, definido en términos de T de la temperatura y S de la entropía, y el último período en el lado derecho se identifica como " work" hecho en el sistema, donde está el P y el la presión V del volumen (la muestra negativa está porque debemos comprimir el sistema para hacer el trabajo sobre él, de modo que el V del cambio de volumen d sea negativo). Aunque el ejemplo de libro de textos estándar, éste sea alto específico, no haciendo caso de todo el producto químico, las fuerzas eléctricas, nucleares, y gravitacionales, efectos tales como advección, y porque depende de temperatura. La declaración más general de la primera ley - es decir conservación de la energía - es válida incluso en las situaciones en las cuales la temperatura es indefinible.

La energía se expresa a veces como: $del$

l \ mathrm {d} E= \ delta Q+ \ delta W \, ,

cuál es insatisfactorio en este caso, el punto de referencia es la separación infinita de los dos cuerpos.

Energía potencial de elástico

considera también:

la energía potencial de elástico Se define la energía potencial de elástico como un trabajo necesitó comprimir (o ampliarse) un resorte. La fuerza, el F del, en un resorte o cualquier otro sistema que obedezca la ley de Hooke es proporcionales a la extensión o a la compresión, x, $F\; del\; del\; del$
= - kx donde está el k el constante de fuerza del particular suelta (o sistema). En este caso, el trabajo calculado se convierte en $E\_\; del\; del$
{\ rm p, e} = {1 \ sobre 2} kx^2. La ley de Hooke es una buena aproximación para el comportamiento de los vínculos químicos bajo condiciones normales, es decir cuando no están siendo rotos ni se están formando.

Energía cinética

considera también:

la energía cinética La energía cinética, el E _k de los símbolos, el T o el K, es el trabajo requerido para acelerar un objeto a una velocidad dada. De hecho, el cálculo de este trabajo uno obtiene fácilmente el siguiente:


$E\_\; \{\backslash \; rm\; k\}\; =\; \backslash \; internacional\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; \backslash \; cdot\; d\; \backslash \; mathbf\; \{x\}\; =\; \backslash \; internacional\; \backslash \; mathbf\; \{\}\; \backslash \; cdot\; d\; \backslash \; mathbf\; \{p\}\; de\; v\; =\; \{1\; \backslash \; sobre\; 2\}\; mv^2$ A las velocidades que se acercan a la velocidad de la luz, el c, este trabajo se debe calcular usar las transformaciones de Lorentz, que da lugar al siguiente: $E\_\; del\; del$
{\ rm k} = m c^2 \ ido (\ frac {1} {\ raíz cuadrada {1 - (v/c)^2}} - 1 \) derecho

Esta ecuación reduce a la que está sobre ella, a la pequeña (comparado al c ) velocidad. Un subproducto matemático de este trabajo (que se considere inmediatamente en la ecuación pasada) es que incluso en descanso una masa tiene la cantidad de energía igual a: $E\_\; del$

l del
{\ resto del rm} = mc^2

Esta energía así se llama resto la energía total .

Energía termal

Energía eléctrica

considera también: Electromagnetismo,

l de la electricidad

Energía magnética

l del
{\ rm p, e} = {1 \ sobre 2} LI^2. Esta segunda expresión forma la base para el almacenaje de energía magnético superconductor .

Campos electromagnéticos

Energía química

considera también:

químico de la termodinámica

Energía nuclear

considera también:

nuclear de la energía de enlace

Energía superficial

Si hay cualquier clase de tensión en una superficie, tal como una hoja estirada de los interfaces de goma o materiales, es posible definir la energía superficial . Particularmente, cualquier reunión de los materiales disímiles que no se mezclan dará lugar a una cierta clase de la tensión de superficie, si hay libertad para que las superficies entonces se muevan, según lo considerado en las superficies del tubo capilar por ejemplo, la energía mínima como de costumbre se busque.

Una superficie mínima, por ejemplo, representa la energía posible más pequeña que una superficie puede tener si su energía es proporcional al área de la superficie. Por esta razón, (abrirse) las películas de jabón de tamaño pequeño son superficies mínimas (tamaño pequeño reduce efectos de la gravedad, y la franqueza evita que la presión se acumule. Observar que una burbuja es una superficie de la energía mínima pero no una superficie mínima por definición).

Transformaciones de la energía

considera también:

la conversión de energía

Una forma de energía se puede transformar a menudo fácilmente en otra con la ayuda de un dispositivo por ejemplo, una batería, de la energía química a la energía eléctrica ; una presa : Energía potencial gravitacional a la energía cinética del agua móvil (y de las láminas de una turbina ) y en última instancia a la energía eléctrica a través de un generador eléctrico . Semejantemente, en el caso de una explosión química, la energía del potencial químico se transforma a la energía cinética y a la energía termal en mismo un breve periodo de tiempo. Otro más ejemplo es el de un péndulo . En sus puntos más altos la energía cinética es cero y la energía potencial gravitacional está en el máximo. En su punto más bajo la energía cinética es en el máximo y es igual a la disminución de la energía potencial . Si uno (poco realista) asume que no hay fricción, la conversión de la energía entre estos procesos es perfecta, y el péndulo continuará haciendo pivotar por siempre.

La energía se puede convertir en la materia y viceversa. El   masa-energía del E de la fórmula de la equivalencia ; =  el bujía métrica ², derivado independiente por el Albert Einstein y el Enrique Poincaré, cuantifica la relación entre la masa y la energía de resto. Puesto que $c^2$ es escalas humanas ordinarias en relación con extremadamente grandes, la conversión de la masa a otras formas de energía puede liberar cantidades enormes de energía, como puede ser visto en reactores nucleares y armas nucleares. Inversamente, el equivalente de la masa de una unidad de energía es minúsculo, que es porqué una pérdida de energía de la mayoría de los sistemas es difícil de medir por peso, a menos que la pérdida de energía sea muy grande. Los ejemplos de la transformación de energía en la materia (partículas) se encuentran en la física nuclear de la alta energía.

En naturaleza, las transformaciones de la energía se pueden clasificar fundamental en dos clases: los que son termodinámico el reversible, y los que son termodinámico el irreversible. Un proceso reversible en termodinámica es uno en el cual no se disipa ninguna energía en los estados de quántum vacíos disponibles en un volumen, de el cual no puede ser recuperada en formas concentradas (pocos estados de quántum), sin la degradación de aún más energía. Un proceso reversible es uno en el cual esta clase de disipación no sucede. Por ejemplo, la conversión de la energía a partir de un tipo de campo potencial a otro, es reversible, según lo en el sistema del péndulo descrito arriba. En los procesos donde se genera el calor, sin embargo, los estados de quántum de una energía más baja, el presente como exitations posibles en campos entre los átomos, actúa como depósito para la parte de la energía, de la cual no puede ser recuperada, para para ser convertido con la eficacia 100% en otras formas de energía. En este caso, la energía debe permanecer en parte como calor, y no se puede recuperar totalmente como energía usable, excepto en el precio de un aumento en una cierta otra clase calor-como de aumento en desorden en estados de quántum, en el universo (tal como una extensión de la materia, o una distribución aleatoria en un cristal).

Mientras que el universo se desarrolla a tiempo, de su energía cada vez más se atrapa en estados irreversibles (es decir, como calor u otras clases de aumentos en desorden). Esto se ha referido como la muerte termodinámica inevitable del calor del universo. En esta muerte del calor la energía del universo no cambia, sino la fracción de la energía que está disponible hacer el trabajo, ni se transforme a otras formas de energía usables, crece cada vez menos.

Ley de la conservación de la energía

considera también: Conservación la energía La energía está conforme a la ley del de la conservación de la energía . Según esta ley, la energía se puede ni crear (producido) ni destruir. Puede ser transformada solamente.

La mayoría de las clases de energía (con la energía gravitacional siendo una excepción notable) están también conforme a leyes de conservación locales terminantes, también. En este caso, la energía se puede intercambiar solamente entre las regiones adyacentes de espacio, y todos los observadores convienen en cuanto a la densidad volumétrica de la energía en cualquier espacio dado. Hay también una ley global de la conservación de la energía, indicando que la energía total del universo no puede cambiar; éste es un corolario de la ley local, pero no viceversa. La conservación de la energía es la consecuencia matemática de la simetría de translación del tiempo (es decir, el indistinguishability de los intervalos de tiempo tomados en diverso tiempo) - considera el teorema de Noether.

Según ley del ahorro de energía la afluencia total de la energía en un sistema debe igualar la salida total de la energía del sistema, más el cambio en la energía contenida dentro del sistema.

Esta ley es un principio fundamental de la física. Sigue de la simetría de translación del tiempo, una característica de la mayoría de los fenómenos debajo de la escala cósmica que les hace a independiente de sus localizaciones en el coordenada del tiempo. Se ponen diferentemente, ayer, hoy, y mañana físicamente indistinguible.

Porque la energía es la cantidad que es la conjugación canónica a medir el tiempo, es imposible definir la cantidad exacta de energía durante cualquier intervalo de tiempo definido - haciéndolo imposible aplicar la ley de la conservación de la energía. Esto no se debe considerar un " violation" de la ley. Todavía conocemos los asimientos de la ley, porque una sucesión de los períodos del breve periodo de tiempo no acumula ninguna violación de la conservación de la energía.

En los mecánicos de Quantum la energía se expresa usar el operador hamiltoniano . En en caulquier momento las escalas, la incertidumbre en la energía están cerca $del$

l \ delta E \ delta t \ GE \ frac {h} {4 \ pi}

cuál es similar en forma al principio de incertidumbre (pero no realmente matemáticamente al equivalente además, desde el H y el t no son las variables dinámicamente conyugal, ni en clásico ni en mecánicos de quántum).

En la física de partícula, esta desigualdad permite una comprensión cualitativa de las partículas virtuales que llevan el ímpetu, el intercambio por el cual con las partículas verdaderas es responsable de la creación de todo el fundamental sabido fuerza (conocido más exactamente como interacciones fundamentales ). Fotones virtuales (que son el estado de energía mecánico del quántum simplemente más bajo de los fotones que son también responsables de la interacción electrostática entre las cargas eléctricas (que da lugar a la ley de culombio ), para el decaimiento radiativo espontáneo de estados atómicos y nucleares salidos, para la fuerza de Casimiro, porque las fuerzas en enlace de van der Waals y algunos otros fenómenos observables.

Energía y vida

considera también:

las bioenergéticas Cualquier organismo vivo confía en una fuente externa de energía-radiación del Sun en el caso de las plantas verdes; la energía química en una cierta forma en el caso de animal-a pueda crecer y reproducirse. El 1500-2000  diario; Calorías (6-8  El MJ) recomendado para un adulto humano se admite sobre todo bajo la forma de carbohidratos y grasas, cuyo la glucosa (C₆H₁₂O₆) y la estearina (C₅₇H₁₁₀O₆) son ejemplos convenientes. Éstos se oxidan al dióxido de carbono y al agua en el del
de las mitocondrias el &rarr C₆H₁₂O₆ + 6O₂;
6CO₂ + 6H₂O &rarr C₅₇H₁₁₀O₆ + 81.5O₂; 57CO₂ + 55H₂O y algo de la energía se utiliza para convertir ADP en del
del ATP ADP + HPO₄^{2− &rarr de} ; ATP + H₂O El resto de la energía química en el carbohidrato o la grasa se convierte en calor: el ATP se utiliza como clase de " currency" de la energía;, y algo de la energía química que contiene se utiliza para el otro metabolismo (en cada etapa de un camino metabólico, una cierta energía química se convierte en calor). Solamente una fracción minúscula de la energía química original se utiliza para el trabajo: aumento del en energía cinética de un esprinter durante un 100  raza de m: 4  kJ de aumento del
en energía potencial gravitacional de un 150  el kilogramo de peso levantó con 2  metros: toma de comida diaria del
3kJ de un adulto normal: 6-8  MJ

Aparecería que los organismos vivos son notable el (en el sentido físico) ineficaz en su uso de la energía que reciben (energía química o radiación), y es verdad que la mayoría de las máquinas verdaderas manejan eficacias más altas. Sin embargo, la energía que se convierte al calor responde a un propósito vital, pues permite que el organismo sea pedido alto. La ley segundo de la termodinámica indica que la energía (y la materia) tiende a separarse más uniformemente hacia fuera a través del universo: para concentrar energía (o la materia) en un lugar específico, es necesario separar hacia fuera una mayor cantidad de energía (como calor) a través del resto del universo (" el surroundings"). Organismos más simples pueden alcanzar rendimientos energéticos más altos que los más complejos, pero los organismos complejos pueden ocupar los lugares ecológicos que no están disponibles para sus hermanos más simples. La conversión de una porción de la energía química al calor en cada paso en un camino metabólico es la razón física detrás de la pirámide de la biomasa observada en ecología : para tomar apenas la primera medida en la cadena alimentaria, del 124.7  estimado; Pg/a del carbón que es fijados por la fotosíntesis, 64.3  Pg/a (el 52%) se utilizan para el metabolismo de plantas verdes, es decir reconvertido en el dióxido y el calor de carbono.

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