Conservation de l'énergie
1847
- Émilie du Châtelet
- Julius Robert von Mayer
- James Prescott Joule
- Hermann von Helmholtz
Un principe fondamental stipule que l'énergie totale d'un système isolé reste constante au fil du temps. L'énergie ne peut être ni créée ni détruite, seulement transformée d'une forme à une autre, par exemple de l'énergie potentielle à l'énergie cinétique. En physique classique mécanique, pour les systèmes avec uniquement des forces conservatives, l'énergie mécanique totale [latex]E = T + V[/latex] est conservée.
La loi de conservation de l'énergie est l'un des principes scientifiques les plus fondamentaux et universellement applicables. Son développement s'est étendu sur plusieurs siècles, évoluant des premières idées sur le mouvement vers une affirmation mathématique précise au XIXe siècle unifiant la mécanique, la chaleur et la chimie.
Dans le contexte de la mécanique classique, ce principe est particulièrement visible dans les systèmes soumis uniquement à des forces conservatives, telles que la gravité ou la force exercée par un ressort idéal. Une force est conservative si le travail qu'elle effectue sur un objet se déplaçant entre deux points est indépendant du chemin suivi. Pour de telles forces, on peut définir une fonction d'énergie potentielle V. Le théorème de l'énergie cinétique stipule que le travail net effectué sur un objet est égal à la variation de son énergie cinétique, Wnet = ΔT. Pour les forces conservatives, ce travail peut s'exprimer comme la variation négative d'énergie potentielle, Wcons = -ΔV. En combinant ces deux expressions, on obtient ΔT = -ΔV, soit ΔT + ΔV = Δ(T + V) = 0. Ceci montre que l'énergie mécanique totale, [latex]E = T + V[/latex], est une constante du mouvement.
En présence de forces non conservatives, comme le frottement, l'énergie mécanique n'est pas conservée ; elle est généralement dissipée sous forme de chaleur. Cependant, l'énergie totale du système isolé, y compris cette énergie thermique, est conservée. Ce principe général constitue le premier principe de la thermodynamique.
Au XXe siècle, le théorème d'Emmy Noether a permis une compréhension plus approfondie de cette loi. Il a démontré que la conservation de l'énergie est une conséquence mathématique directe d'une symétrie fondamentale de l'univers : le fait que les lois de la physique ne changent pas avec le temps (invariance par translation temporelle).
UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique
Perturbation
Révolutionnaire
Usage
Utilisation généralisée
Précurseurs
- Concept de vis viva (Gottfried Leibniz)
- Études sur la chaleur et le travail (Sadi Carnot, Émile Clapeyron)
- mécanique newtonienne
- Les expériences de Galilée avec les pendules
Applications
- production d'électricité (barrages hydroélectriques, centrales thermiques)
- thermodynamique et conception des moteurs
- analyse des réactions chimiques (enthalpie)
- conception de montagnes russes
- comprendre les processus métaboliques en biologie
Idées d'innovations potentielles
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En lien avec : conservation de l'énergie, énergie cinétique, énergie potentielle, théorème de l'énergie cinétique, thermodynamique, système isolé, théorème de Noether, force conservative.