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Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

Lei de Conservação de Energia

Lei de Conservação de Energia

Na física, a lei de conservação de energia é uma das leis de conservação mais importantes observadas na natureza. Em sua forma mais estudada e intuitiva, essa lei afirma que, embora a energia possa ser transformada e convertida de uma forma para outra, a quantidade total dela em um sistema isolado não muda com o tempo.

No entanto, em seu sentido mais geral, não parece correto falar da lei, uma vez que na física existem inúmeras leis relacionadas à conservação da matéria (massa) e energia: conservação da matéria, energia mecânica, energia de massa, a quantidade de movimento, momento angular, carga elétrica, etc. Assim, na literatura científica para a definição adotada é o princípio da conservação da energia total (princípio da conservação da energia), que inclui todas as formas possíveis de energia, incluindo catarata (depois de Einstein), mas também a massa e quantidade de movimento

O princípio também é cumprido no campo da mecânica quântica; de fato, o princípio da incerteza tempo-energia de Heisenberg não tem o mesmo caráter fundamental que a contraparte que envolve posição e momento, uma vez que um operador de tempo (universal) não é definido na mecânica quântica.

No entanto, a interpretação dos fenômenos termodinâmicos em termos de mecânica estatística e a demonstração da equivalência entre calor e trabalho e sua constância ao longo do tempo estenderam o princípio da conservação de energia fora da esfera aos fenômenos térmicos. estritamente mecânico. desde que você considere todas as maneiras pelas quais a energia pode ser produzida.

Formas particulares da lei de conservação de energia

Mecânica clássica

Na mecânica newtoniana, é formulado um caso especial da lei de conservação de energia: a lei de conservação de energia mecânica, que se apresenta da seguinte forma: “A energia mecânica total de um sistema fechado de corpos, entre os quais apenas atuam as forças conservadoras permanecem constantes. ”

Simplificando, na ausência de forças dissipativas (por exemplo, forças de atrito), a energia mecânica não sai do nada e não pode desaparecer em lugar algum.

Em uma usina nuclear, por exemplo, a energia mecânica que aciona as turbinas não é gerada a partir do nada, vem da energia térmica contida no vapor de água. Anteriormente, essa mesma energia era energia interna de átomos, especificamente energia nuclear.

Lei de conservação de energia em termodinâmica

Em termodinâmica, historicamente, a lei da conservação é formulada como o primeiro princípio da termodinâmica: “A mudança na energia interna de um sistema termodinâmico durante sua transição de um estado para outro é igual à soma do trabalho das forças externas em o sistema e a quantidade de calor transferida para o sistema, e não depende da maneira pela qual essa transição é realizada. ” Ou, alternativamente: "A quantidade de calor recebida pelo sistema é usada para alterar sua energia interna e executar trabalhos contra forças externas".

A lei da conservação de energia, em particular, estabelece que não existem máquinas de movimento perpétuo do primeiro tipo, ou seja, tais processos são impossíveis, cujo único resultado seria a produção de trabalho sem alteração em outros órgãos.

Hidrodinâmica

Na hidrodinâmica de um fluido ideal, a lei de conservação de energia é tradicionalmente formulada na forma da equação de Bernoulli: a soma permanece constante ao longo das linhas de corrente.

Eletrodinâmica

Na eletrodinâmica, a lei da conservação de energia é historicamente formulada na forma do teorema de Poynting (às vezes também chamado de teorema de Umov-Poynting), que relaciona a densidade do fluxo de energia eletromagnética com a densidade da energia eletromagnética e a densidade de Perdas de Joule. Verbalmente, o teorema pode ser formulado da seguinte forma: “Uma mudança na energia eletromagnética envolvida em um determinado volume durante um determinado intervalo de tempo é igual ao fluxo de energia eletromagnética através da superfície que limita um determinado volume e a quantidade de energia térmica liberada em um determinado volume obtido com o sinal oposto. "

Óptica não linear

Nas ópticas não lineares, a propagação da radiação óptica (e geralmente eletromagnética) em um meio é considerada, levando em consideração a interação multicântica dessa radiação com a substância do meio. Em particular, uma ampla gama de estudos é dedicada aos problemas das chamadas interações de três e quatro ondas nas quais três ou quatro quanta de radiação interagem, respectivamente. Uma vez que cada ato individual dessa interação obedece às leis de conservação de energia e momento, é possível formular relações razoavelmente gerais entre os parâmetros macroscópicos das ondas que interagem. Esses relacionamentos são chamados de relacionamentos Manly-Rowe.

Mecânica relativística

Na mecânica relativística, é introduzido o conceito de um momento energético de 4 vetores (ou apenas quatro momentos). Sua introdução nos permite escrever as leis de conservação do momento e da energia canônicos de uma única forma, que, além disso, é covariável de Lorentz, ou seja, não muda durante a transição de um referencial inercial para outro.

Relatividade geral

Sendo uma generalização da teoria especial da relatividade, a teoria geral da relatividade usa uma generalização do conceito de quatro momentos: o tensor de momento de energia. A lei de conservação é formulada para o tensor de momento de energia do sistema.

Na teoria geral da relatividade, a lei da conservação de energia, estritamente falando, é cumprida apenas localmente. Isso se deve ao fato de que essa lei é uma conseqüência da uniformidade do tempo, enquanto na teoria geral da relatividade o tempo é heterogêneo e sofre alterações dependendo da presença de corpos e campos no espaço-tempo. Note-se que, com um pseudotensor corretamente definido do momento de energia do campo gravitacional, é possível obter a conservação da energia completa dos corpos e campos que interagem gravitacionalmente, incluindo o gravitacional. No entanto, neste momento, não há uma maneira universalmente aceita de introduzir a energia do campo gravitacional, uma vez que todas as opções propostas têm uma ou outra desvantagem. Por exemplo,

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Data de publicação: 10 de fevereiro de 2020
Última revisão: 10 de fevereiro de 2020