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Conservação de Energia

1847
  • Émilie du Châtelet
  • Julius Robert von Mayer
  • James Prescott Joule
  • Hermann von Helmholtz
19th-century laboratory with physicists studying energy conservation principles.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Um princípio fundamental que afirma que a energia total de um sistema isolado permanece constante ao longo do tempo. A energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada de uma forma para outra, como de energia potencial para energia cinética. Na teoria clássica, a energia é transformada de uma forma para outra. mecânica, para sistemas com apenas forças conservativas, a energia mecânica total [latex]E = T + V[/latex] é conservada.

A lei da conservação da energia é um dos princípios mais fundamentais e universalmente aplicáveis ​​em toda a ciência. Seu desenvolvimento abrangeu séculos, evoluindo de ideias iniciais sobre movimento para uma formulação matemática precisa no século XIX que unificou mecânica, calor e química.

No contexto da mecânica clássica, o princípio é mais claramente observado em sistemas sujeitos apenas a forças conservativas, como a gravidade ou a força de uma mola ideal. Uma força é conservativa se o trabalho que ela realiza sobre um objeto que se move entre dois pontos for independente do caminho percorrido. Para tais forças, pode-se definir uma função de energia potencial [latex]V[/latex]. O teorema trabalho-energia afirma que o trabalho total realizado sobre um objeto é igual à variação de sua energia cinética, [latex]W_{net} = Delta T[/latex]. Para forças conservativas, esse trabalho pode ser expresso como a variação negativa da energia potencial, [latex]W_{cons} = -Delta V[/latex]. Combinando essas expressões, obtemos [latex]Delta T = -Delta V[/latex], ou [latex]Delta T + Delta V = Delta(T+V) = 0[/latex]. Isso mostra que a energia mecânica total, [latex]E = T + V[/latex], é uma constante de movimento.

Quando forças não conservativas, como o atrito, estão presentes, a energia mecânica não é conservada; ela geralmente é dissipada na forma de calor. No entanto, a energia total do sistema isolado, incluindo essa energia térmica, ainda é conservada. Esse princípio mais amplo é o Primeira Lei de Termodinâmica.

No século XX, o teorema de Emmy Noether proporcionou uma compreensão mais profunda dessa lei. Ele demonstrou que a conservação de energia é uma consequência matemática direta de uma simetria fundamental do universo: o fato de as leis da física não mudarem com o tempo (invariância de translação temporal).

UNESCO Nomenclature: 2211
Física

Tipo

Lei Física

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Conceito Vis Viva (Gottfried Leibniz)
  • Estudos sobre calor e trabalho (Sadi Carnot, Émile Clapeyron)
  • Mecânica newtoniana
  • Experimentos de Galileu com pêndulos

Aplicações

  • power generation (hidrelétricas dams, thermal plants)
  • Termodinâmica e projeto de motores
  • análise de reação química (entalpia)
  • projeto de montanha-russa
  • Compreendendo os processos metabólicos em biologia.

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • circuito fechado regenerative braking systems for electric vehicles that capture over 95% of kinetic energy
  • smart building hvac systems that use phase-change materials to store and release thermal energy
  • kinetic energy recovery systems (kers) for industrial machinery
  • gravity batteries for grid-scale energy storage
  • bioreactors that optimize metabolic pathways for maximum energy extraction from biomass
  • thermoelectric generators woven into clothing to power wearables from body heat
  • acústico energy harvesting devices for charging low-power sensors in noisy environments
  • ai platforms for optimizing national energy grids by predicting and balancing energy transformations
Relacionado a: conservação de energia, energia cinética, energia potencial, teorema trabalho-energia, termodinâmica, sistema isolado, teorema de Noether, força conservativa.

Contexto histórico

Conservação de Energia

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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