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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.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Principio fondamentale secondo cui l'energia totale di un sistema isolato rimane costante nel tempo. L'energia non può essere né creata né distrutta, ma solo trasformata da una forma all'altra, ad esempio da energia potenziale a energia cinetica. In ambito classico mechanics, Per i sistemi con sole forze conservative, l'energia meccanica totale [latex]E = T + V[/latex] si conserva.

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.

Nel contesto della meccanica classica, il principio è più evidente nei sistemi soggetti solo a forze conservative, come la gravità o la forza di una molla ideale. Una forza è conservativa se il lavoro che compie su un oggetto che si muove tra due punti è indipendente dal percorso seguito. Per tali forze si può definire una funzione di energia potenziale [latex]V[/latex]. Il teorema lavoro-energia afferma che il lavoro netto compiuto su un oggetto è uguale alla variazione della sua energia cinetica, [latex]W_{net} = \Delta T[/latex]. Per le forze conservative, questo lavoro può essere espresso come la variazione negativa dell'energia potenziale, [latex]W_{cons} = -\Delta V[/latex]. Combinando questi dati si ottiene [latex]\Delta T = -\Delta V[/latex], oppure [latex]\Delta T + \Delta V = \Delta(T+V) = 0[/latex]. Ciò dimostra che l'energia meccanica totale, [latex]E = T + V[/latex], è una costante del moto.

In presenza di forze non conservative come l'attrito, l'energia meccanica non si conserva, ma viene tipicamente dissipata sotto forma di calore. Tuttavia, l'energia totale del sistema isolato, compresa l'energia termica, si conserva comunque. Questo principio più ampio è il Prima legge della Termodinamica.

Nel XX secolo, il teorema di Emmy Noether ha fornito una comprensione più profonda di questa legge. Dimostrò che la conservazione dell'energia è una diretta conseguenza matematica di una simmetria fondamentale dell'universo: il fatto che le leggi fisiche non cambiano nel tempo (invarianza temporale).

UNESCO Nomenclature: 2211
- Fisica

Tipo

Legge fisica

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Concetto di vis viva (Gottfried Leibniz)
  • Studi sul calore e sul lavoro (Sadi Carnot, Émile Clapeyron)
  • meccanica newtoniana
  • Gli esperimenti di Galileo con i pendoli

Applicazioni

  • power generation (idroelettrico dams, thermal plants)
  • termodinamica e progettazione dei motori
  • analisi della reazione chimica (entalpia)
  • progettazione di montagne russe
  • comprendere i processi metabolici in biologia

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • circuito chiuso regenerative braking systems for electric vehicles that capture over 95% of kinetic energy
  • sistemi HVAC per edifici intelligenti che utilizzano materiali a cambiamento di fase per immagazzinare e rilasciare energia termica
  • sistemi di recupero dell'energia cinetica (kers) per macchinari industriali
  • batterie a gravità per l'accumulo di energia su scala di rete
  • bioreattori che ottimizzano i percorsi metabolici per la massima estrazione di energia dalla biomassa
  • generatori termoelettrici intrecciati negli indumenti per alimentare i dispositivi indossabili dal calore corporeo
  • acustico energy harvesting devices for charging low-power sensors in noisy environments
  • piattaforme di intelligenza artificiale per l'ottimizzazione delle reti energetiche nazionali prevedendo e bilanciando le trasformazioni energetiche
Correlato a: conservazione dell'energia, energia cinetica, energia potenziale, teorema lavoro-energia, termodinamica, sistema isolato, teorema di Noether, forza conservativa.

Contesto storico

Conservazione dell'energia

1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1850
1850
1835
1838
1841
1845
1850
1850
1850
1850

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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