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Conservazione dell'energia

1847
  • Émilie du Châtelet
  • Julius Robert von Mayer
  • James Prescott Joule
  • Hermann von Helmholtz
Laboratorio del XIX secolo con fisici che studiano i principi di conservazione dell'energia.

A fundamental principle stating that the total energy of an isolated system remains constant over time. Energy can neither be created nor destroyed, only transformed from one form to another, such as from potential to kinetic energy. In classical mechanics, for systems with only conservative forces, the total mechanical energy [latex]E = T + V[/latex] is conserved.

La legge di conservazione dell'energia è uno dei principi più fondamentali e universalmente applicabili in tutta la scienza. Il suo sviluppo ha attraversato secoli, evolvendosi dalle prime idee sul moto a una precisa formulazione matematica nel XIX secolo che unificava meccanica, calore e chimica.

In the context of classical mechanics, the principle is most clearly seen in systems subject only to conservative forces, such as gravity or the force from an ideal spring. A force is conservative if the work it does on an object moving between two points is independent of the path taken. For such forces, a potential energy function [latex]V[/latex] can be defined. The work-energy theorem states that the net work done on an object equals the change in its kinetic energy, [latex]W_{net} = \Delta T[/latex]. For conservative forces, this work can be expressed as the negative change in potential energy, [latex]W_{cons} = -\Delta V[/latex]. Combining these gives [latex]\Delta T = -\Delta V[/latex], or [latex]\Delta T + \Delta V = \Delta(T+V) = 0[/latex]. This shows that the total mechanical energy, [latex]E = T + V[/latex], is a constant of motion.

When non-conservative forces like friction are present, mechanical energy is not conserved; it is typically dissipated as heat. However, the total energy of the isolated system, including this thermal energy, is still conserved. This broader principle is the First Law of Thermodynamics.

In the 20th century, Emmy Noether’s theorem provided a deeper understanding of this law. It showed that the conservation of energy is a direct mathematical consequence of a fundamental symmetry of the universe: the fact that the laws of physics do not change over time (time-translation invariance).

UNESCO Nomenclature: 2211
- Fisica

Tipo

Physical Law

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Concetto di vis viva (Gottfried Leibniz)
  • Studi sul calore e sul lavoro (Sadi Carnot, Émile Clapeyron)
  • meccanica newtoniana
  • Galileo’s experiments with pendulums

Applicazioni

  • produzione di energia (dighe idroelettriche, centrali termiche)
  • termodinamica e progettazione dei motori
  • analisi della reazione chimica (entalpia)
  • progettazione di montagne russe
  • comprendere i processi metabolici in biologia

Brevetti:

NA

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