Energia

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A energia liberada de uma Bomba de hidrogênio.

Energia (do Grego εργον, ergon, trabalho) é a capacidade de fazer trabalho. É uma variável fundamental do sistema mudança de estado e quantidade.

Conservação de energia

De acordo com a Lei de Conservação de Energia, também conhecida como a primeira lei da termodinâmica, a energia não pode ser criada nem destruída.[1] Assim, a energia total em qualquer sistema isolado, incluindo o universo, mantém-se constante.

As descobertas da fissão nuclear e fusão nuclear pareciam violar essa lei. No entanto, Albert Einstein deu a sua simples relação entre massa e energia:

\,\!E = mc^{2}

Esta relação é extremamente robusta. Por exemplo, a energia cinética de um corpo em movimento a velocidades que são próximas da luz é na realidade uma série infinita. Esta série tem termos corretivos segundos- terceiros-, e de alta ordem onde cada um tem uma força crescente do quadrado do raio da velocidade do corpo para a velocidade da luz. Mas a equação massa-energia original ainda se mantém, se m nesta equação é a massa relativista, e não a massa de repouso. Como resultado, pode-se escrever:

\,\!E = m_{0}c^{2} + E_{k}

De modo mais geral, a energia total no universo é a soma total de energia da massa em descanso e todas as outras formas de energia (cinética, potencial, térmica, etc.)

Hoje os cientistas definem uma Lei da Conservação da Massa Energia. De acordo com isso enquanto a massa e a energia podem ser transformados, a quantidade total de massa-energia no universo não mudará.

Definição de trabalho

O trabalho é a forma mais comum de transferência de energia. Classicamente, o trabalho é o esforço da força para deslocar um objeto.[2] Em termos matemáticos,

W = \int F \cdot ds

Aqui W é o trabalho e s é o deslocamento.

Tipos de energia

Energia potencial

Em geral, a energia potencial é o trabalho que se teria que fazer em um objeto para superar qualquer restrição ao seu movimento. portanto,

E_{p} = - \int F \cdot ds

A energia específica potencial devido à gravidade de um objecto na ou perto da superfície de um corpo celeste é

\,\!E_{p,g} = mgh

m = massa do corpo, g = aceleração devido à gravidade, e h = qualquer distância através da qual um corpo, se liberado, poderia cair.

A energia potencial geral devido à gravidade entre dois objetos é

E_{p,g} = - G\frac{m_{1}m_{2}}{r}

G = constante gravitacional, cada m é a massa de um objecto, e r é a distância entre os centros do objeto de massa.

Energia cinética

A energia cinética de um objeto é a integral da velocidade multiplicada pela variação do momento. assim

E_{k} = \int v \cdot dp = \frac{1}{2}mv^2

Em velocidades relativistas,

E_{k} = mc^{2}\Bigg(\frac{1}{\sqrt{1 - (v/c)^2}} - 1\Bigg)

Energia elétrica

A energia potencial elétrica entre dois corpos de carga semelhante (positivos ou negativos) é a quantidade de trabalho necessário para levá-los a partir de separação infinita a uma distância fixa r. A energia potencial elétrica de dois corpos de carga oposta seria o trabalho necessário para separar os dois órgãos do contacto (na verdade, coincidência de centros hipotética) a uma distância fixa. Isto é dado por:

E_{p,e} = \frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}\frac{Q_{1}Q_{2}}{r}

onde

\epsilon_{0} = \frac{10^{7}}{4\pi c_{0}^{2}}

é a permitividade elétrica de um vácuo.

Energia magnética

O trabalho, ou melhor, o torque em um objeto de momento de dipolo magnético m em um campo magnético de densidade de fluxo magnético B é

E_{p,m} = -m \cdot B

Dimensões e Unidades

As dimensões de energia são as da massa multiplicada pelo quadrado da distância, dividida pelo quadrado do tempo.

A unidade padrão SI é o Joule, nomeado após James Joule. Um joule é a quantidade de trabalho, exercendo uma força de um newton para deslocar um objeto por um metro.

Problemas para teorias uniformitarianas

O problema mais importante que a energia representa para a astronomia e a cosmologia uniformistas é que os astrônomos não podem dar conta completamente por toda a energia gravitacional e cinética no universo. Galáxias muitas vezes rotacionam mais rápido do que sua massa total observada poderia permitir. Além disso, o desvio para o vermelho observado de praticamente todo objeto que não seja em nossa própria galáxia mostra que os objetos parecem estar se afastando de nossa galáxia mais rápido do que a hipotética explosão chamada de big bang deveria ter contabilizado.

Para explicar a diferença entre a massa e a energia observada e esperada, cosmólogos inventaram os conceitos de matéria escura e energia escura para explicar o excesso de energia gravitacional e cinética, respectivamente. Cosmólogos convencionais estimam que 70 por cento da massa-energia do universo, de acordo com as cronologias padrão (incluindo o big bang), consiste de energia escura, e outros 25% são compostos de matéria escura. Por outro lado, o cosmólogo criacionista John Hartnett afirma, a partir da relatividade cosmológica, que estes conceitos não são necessários.

Ligações externas

Referências

  1. Gaskell, David R.. Introduction of the Termodynamics of Materials. 4ª ed. New York: Taylor & Francis, 2009. Capítulo: 2-The First Law of Thermodynamics, p. 15-35. ISBN 1-56032992-0
  2. Serway, Raymond A.; Moses, Clement J.; Moyer, Curt A.. Modern Physics. 3ª ed. Belmont California: Thompson Learning, 2005. p. 44. ISBN 0-534-49339-4