에너지

에너지
플라즈마 램프 - 전기에너지를 사용하여 플라즈마 빛, 열, 움직임 및 희미한 소리를 발생시킵니다.
공통 기호	E
SI 단위	줄
기타 유닛	kWhh, BTU, 열량, eV, erg, 풋파운드
SI 기준 단위	J = kg2 m s−2
광범위?	네.
보존?	네.
치수	M L2 T−2

열역학
고전적인 카르노 히트 엔진
나뭇가지 고전적인 통계 화학의 양자 열역학 평형/비평형
법률 제로스 첫번째 둘째 셋째
시스템들 폐쇄형 시스템 오픈 시스템 격리 시스템 주 상태 방정식 이상 기체 실가스 상황 위상(매터) 평형 볼륨 제어 인스트루먼트 과정 이소바릭 아이소코리 등온 단열성 등엔트로픽 이센탈픽 준정전성 폴리트로픽 자유 확장 가역성 불가역성 내복원성 사이클 히트 엔진 히트 펌프 열효율
시스템 속성 주의: 이탤릭체로 표시된 켤레 변수 속성도 집약적이고 광범위한 속성 프로세스 기능 일하다. 열 국가 기능 온도/엔트로피(개요) 압력/볼륨 화학 퍼텐셜/입자수 증기 품질 속성 감소
재료 특성 속성 데이터베이스 비열 용량 ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ $\displaystyle \partial S\$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle\partial T}$ 압축성 $\displaystyle \displays =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ $(\displaystyle\displayp)$ 열팽창 $\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle\partial T}$
방정식 카르노의 정리 클라우시우스 정리 기본 관계 이상기체의 법칙 맥스웰 관계 온사저 호혜 관계 브리지만 방정식 열역학 방정식 표
가능성 자유 에너지 자유 엔트로피 내부 에너지 ${\displaystyle U(S,V)}$ 엔탈피 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 헬름홀츠 자유 에너지 ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ 깁스 자유 에너지 ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
역사 문화 역사 일반 엔트로피 가스 법칙 "영구 운동" 기계 철학 엔트로피와 시간 엔트로피와 생명 브라운 래칫 맥스웰의 악마 열사 역설 로슈미트의 역설 시너제틱스 이론들 열량론 Vis viva ('생체력') 열의 기계적 등가 동력 주요 출판물 실험적인 질문 ~에 대해서열 균형에 대하여 이종 물질 의 리플렉션 불의 원동력 타임라인 열역학 히트 엔진 예체능 교육 맥스웰의 열역학 표면 에너지 분산으로서의 엔트로피
과학자 베르누이 볼츠만 브리지만 카라테오도리 카르노 클라피론 클라우시우스 돈더 듀헴 깁스 폰 헬름홀츠 줄 루이스 마시외 맥스웰 폰 메이어 네른스트 온사게 플랑크 랭킨 스미톤 스틸 태트 톰슨 톰슨 판 데르 발스 워터스톤
다른. 핵생성 자가 조립 자기 조직화 질서와 무질서
카테고리
v t

물리학에서 에너지는 물체나 물리적 시스템으로 전달되는 양적 특성으로, 일의 성과와 열과 빛의 형태로 인식될 수 있습니다.에너지는 보존된 양이다; 에너지 보존의 법칙은 에너지는 형태로 변환될 수 있지만 생성되거나 파괴될 수 없다고 말한다.에너지의 국제 단위계(SI)에서 측정 단위는 줄(joule)로, 1 뉴턴의 힘에 대해 물체를 1 미터 이동시키는 작업에 의해 물체로 전달되는 에너지입니다.

에너지의 일반적인 형태는 움직이는 물체의 운동 에너지, 힘의 장에서 물체의 위치에 의해 저장되는 위치 에너지(중력, 전기 또는 자기), 고체 물체를 늘림으로써 저장되는 탄성 에너지, 연료가 연소될 때 방출되는 화학 에너지, 빛에 의해 운반되는 복사 에너지, 그리고 열 에너지입니다.물체의 온도

질량과 에너지는 밀접하게 관련되어 있다.질량-에너지 등가성으로 인해, 정지 상태일 때 질량을 갖는 물체(정지 질량이라고 함)는 또한 정지 에너지라고 불리는 형태의 에너지 등가량을 가지며, 정지 에너지가 증가함에 따라 물체의 총 질량을 증가시킨다.예를 들어 물체를 가열하면 에너지의 증가는 원칙적으로 질량의 작은 증가이며 충분히 민감한 규모로 측정할 수 있다.

살아있는 유기체는 인간이 음식으로부터 얻는 에너지와 같이 살아가기 위해 에너지를 필요로 한다.인류 문명은 화석 연료, 핵 연료 또는 재생 에너지와 같은 에너지 자원으로부터 에너지를 얻는다.지구의 기후와 생태계의 과정은 지구가 태양으로부터 받는 복사 에너지와 지구 안에 포함된 지열 에너지에 의해 추진된다.

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시스템의 총 에너지는 다양한 방법으로 위치 에너지, 운동 에너지 또는 둘의 조합으로 세분되고 분류될 수 있습니다.운동 에너지는 물체의 움직임 또는 물체의 구성요소의 복합 운동에 의해 결정되며, 위치 에너지는 물체의 움직임을 반영하며 일반적으로 필드 내 물체의 위치에 대한 함수이거나 필드 자체에 저장될 수 있습니다.

이 두 범주는 모든 형태의 에너지를 설명하기에 충분하지만, 종종 전위 에너지와 운동 에너지의 특정한 조합을 그 자체의 형태로 언급하는 것이 편리하다.예를 들어, 시스템 내에서의 변환 및 회전 운동 에너지와 전위 에너지의 합을 기계적 에너지라고 하는 반면, 원자력 에너지는 ^[1]핵력 또는 약한 힘으로부터 원자핵 내의 결합된 전위를 의미한다.

에너지의 일부 형태(물체 또는 시스템이 측정 가능한 특성으로 가질 수 있음)

에너지의 종류	묘사
기계	거시적 번역, 회전 운동 및 잠재 에너지의 합계
전기	전기장에 기인하거나 전기장에 저장되는 위치 에너지
마그네틱	자기장에 기인하거나 자기장에 저장되는 위치 에너지
중력	중력장에 기인하거나 중력장에 저장되는 위치 에너지
화학의	화학 결합에 의한 위치 에너지
이온화	전자를 원자 또는 분자에 결합시키는 위치 에너지
핵	원자핵(및 핵반응)을 형성하기 위해 핵자를 결합하는 위치에너지
색역학적	쿼크를 결합시켜 강입자를 형성하는 위치 에너지
탄성	원상태로 돌아가면서 회복력을 나타내는 물질(또는 그 용기)의 변형으로 인한 위치 에너지
기계파	물질의 전파 진동에 의한 탄성 물질 내의 운동 에너지와 위치 에너지
음파	음전파(특정 유형의 기계파)에 의한 물질 내 운동 및 위치 에너지
빛나다	빛을 포함한 전자 복사에 의해 전파되는 파장의 위치에너지에 저장되는 에너지
쉬다	물체의 정지 질량에 의한 위치 에너지
온도	미세 입자의 운동 에너지로 기계적 에너지와 동등한 무질서한 에너지

역사

energy라는 단어는 고대 그리스어에서 유래했다: ,,,,,,α, 로마자: energeia, light. 기원전 4세기 아리스토텔레스의 작품에서 처음 등장할 수 있는 활동, 운영.^[2]현대적 정의와는 대조적으로, Energeia는 질적 철학적 개념이었고, 행복과 즐거움과 같은 생각들을 포함할 만큼 충분히 넓었다.

17세기 후반, 고트프리드 라이프니츠는 라틴어의 아이디어를 제안했습니다: vis viva, 즉 살아 있는 힘. 이것은 물체의 질량과 속도 제곱의 산물로 정의되었습니다; 그는 전체 vis viva가 보존되었다고 믿었습니다.마찰로 인해 느려지는 현상을 설명하기 위해 라이프니츠는 열 에너지가 물질의 구성 요소들의 운동으로 구성된다고 이론화했지만, 이것이 일반적으로 받아들여지기까지는 1세기 이상 걸릴 것이다.이러한 성질의 현대적 유사체인 운동 에너지는 오직 두 가지 계수만 가지고 vis viva와 다르다.18세기 초 에밀리 뒤 샤틀레는 프랑스어로 번역한 뉴턴의 프린키피아 매스매티카의 한계에서 에너지 보존 개념을 제안했는데, 이것은 운동량과 구별되는 보존 가능한 양의 첫 번째 공식화였고 나중에 "에너지"라고 불리게 되었다.

1807년, 토마스 영은 아마도 ^[3]현대적 의미에서 vis viva 대신 "에너지"라는 용어를 사용한 최초의 사람일 것이다.구스타브 가스파드 코리올리는 1829년 현대적 의미에서 "운동 에너지"를 묘사했고, 1853년 윌리엄 랭킨은 "잠재 에너지"라는 용어를 만들었다.에너지 보존의 법칙은 또한 19세기 초에 처음 가정되었고, 모든 고립된 시스템에 적용된다.열이 열량이라고 불리는 물리적 물질인지 아니면 운동량과 같은 단순한 물리적 양인지에 대해서는 몇 년 동안 논쟁이 있었다.1845년 제임스 프레스콧 줄(James Prescott Joule)은 기계적 작업과 열의 발생 사이의 연관성을 발견했다.

이러한 발전은 에너지 보존 이론으로 이어졌고, 주로 윌리엄 톰슨(켈빈 경)에 의해 열역학 분야로 공식화되었습니다.열역학은 루돌프 클라우시우스, 조시아 윌라드 깁스, 발터 네른스트의 화학 작용에 대한 빠른 설명 개발을 도왔다.그것은 또한 클라우시우스에 의한 엔트로피 개념의 수학적인 공식화와 요제프 스테판의 복사 에너지의 법칙의 도입으로 이어졌다.노에터의 정리에 따르면, 에너지의 보존은 물리 법칙이 시간이 ^[4]지나도 변하지 않는다는 사실의 결과이다.따라서, 1918년 이래로, 이론가들은 에너지 보존의 법칙이 에너지, 즉 시간에 해당하는 양의 변환 대칭의 직접적인 수학적 결과라는 것을 이해해왔다.

측정 단위

1843년 제임스 프레스콧 줄(James Prescott Joule)은 일련의 실험에서 독립적으로 기계적 등가물을 발견했다.그들 중 가장 유명한 것은 "줄 장치"를 사용했다: 줄에 부착된 하강 무게로 인해 물에 담근 노가 회전하게 되어 사실상 열 전달로부터 절연되었다.그것은 하강할 때 무게에 의해 손실되는 중력 위치 에너지가 노와 마찰을 통해 물이 얻은 내부 에너지와 같다는 것을 보여주었다.

국제단위계(SI)에서 에너지의 단위는 줄의 이름을 딴 줄이다.파생 단위입니다.이는 1미터 거리를 통해 1뉴턴의 힘을 가하는 데 소비되는 에너지(또는 작업 완료)와 같다.그러나 에너지는 SI 단위로 표현될 때 변환 계수가 필요한 에그, 열량, 영국 열량 단위, 킬로와트 시간 및 킬로칼로리와 같이 SI의 일부가 아닌 다른 단위로도 표현된다.

SI 단위 에너지 속도(단위 시간당 에너지)는 와트이며, 이는 초당 줄입니다.따라서 1줄은 1와트초, 3600줄은 1와트시입니다.CGS 에너지 단위는 erg이고 영국 및 미국의 관습 단위는 피트 파운드입니다.전자볼트, 식품 칼로리 또는 열역학 kcal(가열 과정에서의 물의 온도 변화에 기초함) 및 BTU와 같은 다른 에너지 단위는 특정 과학 및 상업 분야에서 사용됩니다.

과학적 용도

고전 역학

시리즈의 일부
고전 역학
$({displaystyle {textbf {F}}=squalfrac {d}{dt}})(m*textbf {v}})$ 운동 제2법칙
역사 타임라인 교재
나뭇가지 응용의 천상의 연속체 다이내믹스 운동학 동력학 스태틱스 통계
기초 액셀러레이션 각운동량 커플 달랑베르의 원리 에너지 동적인 잠재적인 힘. 기준범위 관성 기준 프레임 충동 관성/관성 모멘트 덩어리 기계력 기계 작업 순간. 모멘텀 공간 속도 시간을 토크 속도 가상 작업
제제 뉴턴의 운동 법칙 해석역학 라그랑주 역학 해밀턴 역학 루시아 역학 해밀턴-야코비 방정식 아펠 운동 방정식 쿱만-본 노이만 역학
주요 토픽 감쇠비 변위 운동 방정식 오일러의 운동 법칙 가공의 힘 마찰 고조파 발진기 관성/비관성 기준 프레임 평면 입자 운동 역학 움직임(선형) 뉴턴의 만유인력의 법칙 뉴턴의 운동 법칙 상대 속도 강체 역학 오일러 방정식 단순 고조파 운동 진동
회전 원운동 회전 기준 프레임 구심력 원심력 반응성 코리올리 힘 진자 접선 속도 회전 속도 각도 가속도/변위/주파수/속도
과학자 케플러 갈릴레오 호이겐스 뉴턴 경이다. 호록스 핼리 모페르튀이 다니엘 베르누이 요한 베르누이 오일러 달랑베르 클라이어트 라그랑주 라플라스 해밀턴 포아송 코시 러스 리우빌 어필 깁스 쿠프만 폰 노이만
물리 포털 카테고리
v t

고전 역학에서 에너지는 보존된 양이기 때문에 개념적으로나 수학적으로 유용한 특성입니다.에너지를 핵심 개념으로 사용하여 몇 가지 역학 공식이 개발되었습니다.

에너지의 함수인 일은 힘에 거리를 곱한 것이다.

${\displaystyle W=\int _{C}\mathbf {F} \cdot \mathrm {d} \mathbf {s} }$

워크($\style$ W$)$는 패스 C에 따른 힘 F의 라인 적분이라고 합니다.자세한 내용은 기계적인 워크 문서를 참조하십시오.일, 즉 에너지는 프레임에 의존합니다.예를 들어, 공이 방망이에 맞는 것을 생각해 보자.질량 중심 기준 프레임에서는 배트가 볼에 작용하지 않습니다.그러나 방망이를 휘두르는 사람의 기준 프레임에서는 공에 상당한 작업이 이루어지고 있다.

시스템의 총 에너지는 윌리엄 로완 해밀턴의 이름을 따서 해밀턴이라고 불리기도 한다.고전 운동 방정식은 매우 복잡하거나 추상적인 시스템에서도 해밀턴의 관점에서 쓰여질 수 있습니다.이러한 고전 방정식은 비상대론적 양자역학에서 ^[5]현저하게 직접적인 유사점을 가지고 있다.

에너지와 관련된 또 다른 개념은 조셉 루이스 라그랑주의 이름을 따서 라그랑지안이라고 불립니다.이 형식주의는 해밀턴 이론만큼 기본적이며, 둘 다 운동 방정식을 도출하거나 그것들로부터 도출되는 데 사용될 수 있다.그것은 고전 역학의 맥락에서 발명되었지만, 일반적으로 현대 물리학에서 유용하다.라그랑지안은 운동 에너지에서 잠재 에너지를 뺀 것으로 정의된다.보통, 라그랑주 형식주의는 비보수적 시스템(마찰이 있는 시스템 등)에서 해밀턴식보다 수학적으로 더 편리하다.

노에터의 정리(1918)는 물리계의 작용의 미분 가능한 대칭은 대응하는 보존 법칙을 가지고 있다고 말한다.노에터의 정리는 현대 이론 물리학과 변분 계산의 기본 도구가 되었다.라그랑지안과 해밀턴 역학의 운동 상수에 대한 정공식을 일반화한 것(각각 1788년과 1833년)은 라그랑지안과 함께 모델링할 수 없는 시스템에는 적용되지 않는다. 예를 들어 연속 대칭을 갖는 소멸계에는 해당 보존 법칙이 필요하지 않다.

화학

화학의 맥락에서 에너지는 물질의 원자, 분자 또는 골재 구조의 결과로서 물질의 속성이다.화학적 변환은 이러한 종류의 구조 중 하나 이상의 변화를 수반하기 때문에, 일반적으로 관련된 물질의 총 에너지의 감소와 때로는 증가를 수반한다.일부 에너지는 열이나 빛의 형태로 주변과 반응물 사이에 전달될 수 있습니다. 따라서 반응물의 생성물은 때때로 반응물보다 더 많으나 일반적으로 더 적은 에너지를 가집니다.최종 상태가 에너지 스케일에서 초기 상태보다 낮으면 발열성 또는 발열성 반응이라고 하며, 덜 일반적인 흡열성 반응의 경우에는 그 반대이다.화학반응은 일반적으로 반응물질이 활성화 에너지로 알려진 에너지 장벽을 넘지 않는 한 불가능합니다.(특정 온도 T에서) 화학반응 속도는 볼츠만의 모집단^−E/kT 인자 e에 의한 활성화 에너지 E와 관련이 있다. 즉, 분자가 특정 온도 T에서 E보다 크거나 같은 에너지를 가질 확률이다.온도에 대한 반응 속도의 기하급수적 의존성을 아레니우스 방정식이라고 합니다.화학 반응에 필요한 활성화 에너지는 열에너지의 형태로 제공될 수 있습니다.

생물학

생물학에서 에너지는 생물권에서 가장 작은 생물에 이르는 모든 생물 시스템의 속성이다.유기체 내에서 그것은 생물 세포나 생물 유기체의 소립의 성장과 발달을 담당한다.호흡에 사용되는 에너지는 탄수화물(당류 포함), 지질, 세포에 의해 저장된 단백질과 같은 물질에 저장됩니다.인간 용어로 인간 등가(H-e)(인간 에너지 변환)는 주어진 에너지 지출의 양에 대해 하루 평균 12,500 kJ의 인간 에너지 지출과 80와트의 기초 대사 속도를 기준으로 하여 인간 대사에 필요한 상대적 에너지 양을 나타낸다.예를 들어, 우리 몸이 80와트로 작동한다면, 100와트로 작동하는 전구는 1.25 인간 등가(100ents80) 즉 1.25 H-e로 작동합니다.단 몇 초의 힘든 작업 동안, 한 사람이 수천 와트를 소비할 수 있는데, 이는 한 번의 공식 마력에 746 와트의 몇 배이다.몇 분간 지속되는 작업의 경우, 건강한 사람은 약 1,000와트를 생산할 수 있습니다.1시간 동안 지속해야 하는 액티비티의 경우 출력이 약 300으로 떨어집니다.하루 종일 지속되는 액티비티의 경우 150와트는 ^[6]최대치입니다.인간의 등가물은 에너지 단위를 인간의 용어로 표현함으로써 물리적 및 생물학적 시스템의 에너지 흐름을 이해하는 데 도움이 됩니다. 즉, 주어진 양의 ^[7]에너지 사용에 대한 "느낌"을 제공합니다.

태양빛의 복사 에너지는 이산화탄소와 물이 탄수화물, 지질, 단백질 그리고 산소로 전환될 때 광합성의 화학적 잠재 에너지로 식물에 의해 포착됩니다.광합성 중에 저장된 에너지가 열 또는 빛으로 방출되는 것은 산불의 스파크에 의해 갑자기 유발될 수 있으며, 유기 분자가 섭취되어 효소 작용에 의해 이화작용이 유발될 때 동물 또는 인간 대사에 더 느리게 이용될 수 있다.

모든 생명체는 성장과 번식을 하기 위해 외부의 에너지원에 의존합니다 – 녹색 식물의 경우 태양으로부터의 복사 에너지, 동물의 경우 화학 에너지.인간 성인에게 권장되는 일일 1500–2000 칼로리(6–8 MJ)는 대부분 탄수화물과 지방인 식품 분자로 섭취되며, 그 중 포도당(CHO₆₁₂₆)과 스테아린(CHO₅₇₁₁₀₆)이 편리한 예이다.음식 분자는 미토콘드리아에서 이산화탄소와 물로 산화된다.

에너지 중 일부는 ADP를 ATP로 변환하는 데 사용됩니다.

탄수화물이나 지방의 나머지 화학 에너지는 열로 변환됩니다: ATP는 일종의 "에너지 통화"로 사용되며, ATP가 OH 그룹과 반응할 때 포함되어 있는 화학 에너지의 일부는 다른 대사에 사용됩니다. 그리고 최종적으로 ADP와 인산염으로 분할됩니다(대사 경로의 각 단계에서, 일부 화학 에너지는 변환됩니다).테드를 열받게 하다)원래 화학 에너지의 극히 일부만 ^{[note 1]}작업에 사용됩니다.

100m 경주 중 단거리 선수의 운동 에너지 증가: 4kJ

2m를 통해 들어올린 150kg 무게의 중력 퍼텐셜 에너지 증가: 3kJ

일반 성인의 일일 섭취량: 6-8 MJ

생물이 받는 에너지(화학적 에너지 또는 복사 에너지)의 사용에서 (물리적 측면에서) 현저하게 비효율적인 것으로 보입니다. 대부분의 기계는 더 높은 효율성을 관리합니다.성장하는 유기체에서 열로 변환되는 에너지는 유기체 조직이 만들어진 분자에 대해 높은 질서를 갖도록 해주기 때문에 중요한 목적을 수행합니다.열역학 제2법칙은 에너지 (및 물질)가 우주 전체에 더 고르게 퍼지는 경향이 있다고 말한다: 에너지 (또는 물질)를 한 특정한 장소에 집중시키기 위해서는, 우주의 나머지 부분에 (열로서) 더 ^{[note 2]}많은 양의 에너지를 퍼트리는 것이 필요하다.단순한 유기체는 복잡한 유기체보다 더 높은 에너지 효율을 달성할 수 있지만, 복잡한 유기체는 단순한 동족들이 이용할 수 없는 생태학적 틈새를 차지할 수 있다.화학 에너지의 일부가 대사 경로의 각 단계에서 열로 변환되는 것은 생태계에서 관찰된 바이오매스의 피라미드 뒤에 있는 물리적 이유입니다.예를 들어 먹이사슬의 첫걸음을 내딛기 위해 광합성에 의해 고정된 탄소 추정치 124.7Pg/a 중 64.3Pg/a(52%)가 녹색 식물의 ^[8]신진대사에 사용된다. 즉, 이산화탄소와 열로 전환된다.

지구과학

지질학에서 우리의 대기 안에 에너지 변환도 그렇게를 야기하는 동안 바람, 비, 우박, 눈, 번개, 토네이도, 그리고 태풍과 같은 기상 현상 모두 한결과 지구 interior,[9]에 에너지 변환의 관점에서 설명될 수 있게 되었다고, 산맥, 화산, 그리고 지진들은 현상입니다.라르신의 한 사람 에너지.

태양빛은 지구의 온도와 기후 안정성을 설명하는 에너지 예산에 대한 주요 투입물이다.햇빛은 지구에 닿은 후 중력 위치 에너지로 저장될 수 있습니다. 예를 들어 물이 바다에서 증발하여 산에 쌓일 때 (수력 발전 댐에서 방출된 후, 터빈이나 발전기를 구동하여 전기를 생산하는 데 사용될 수 있습니다.)태양빛은 또한 대부분의 기상 현상을 주도하며, 예를 들어 화산 사건에서 발생한 것과 같은 몇 가지 예외를 제외한다.태양으로 인한 기상 사건의 한 예는 허리케인으로, 몇 달 동안 가열된 따뜻한 바다의 넓은 불안정한 지역이 며칠간의 격렬한 공기 이동의 동력을 얻기 위해 갑자기 열에너지의 일부를 포기했을 때 발생한다.

더 느린 과정에서는, 지구의 중심핵에 있는 원자의 방사성 붕괴가 열을 방출한다.이 열에너지는 판구조론을 추진하며 발암작용을 통해 산을 들어올릴 수 있다.이 느린 리프팅은 열 에너지의 일종의 중력 위치 에너지 저장을 나타내며, 나중에 트리거 이벤트 후에 산사태 중에 활성 운동 에너지로 변환될 수 있습니다.지진은 또한 궁극적으로 동일한 방사성 열원에서 생성된 저장고인 암석에 저장된 탄성 잠재 에너지를 방출한다.따라서, 현재의 이해에 따르면, 산사태나 지진과 같은 친숙한 사건들은 지구의 중력장에서 잠재 에너지로 저장되었던 에너지나 암석의 탄성 변형률(기계적 잠재 에너지)을 방출한다.이것 이전에, 그것들은 오랫동안 파괴된 초신성 별들의 붕괴 이후 무거운 원자에 저장된 에너지의 방출을 나타냅니다.

우주론

우주론과 천문학에서 별, 노바, 초신성, 퀘이사 및 감마선 폭발 현상은 우주의 가장 높은 출력 에너지 변환 물질입니다.모든 항성 현상(태양 활동을 포함)은 다양한 종류의 에너지 변환에 의해 추진됩니다.이러한 변환에서 에너지는 물질의 중력 붕괴(일반적으로 분자 수소)에서 다양한 종류의 천체(별, 블랙홀 등)로 또는 핵융합(경량 원소, 주로 수소)에서 발생한다.태양에서 수소의 핵융합은 또한 빅뱅 당시에 만들어진 또 다른 저장소의 잠재 에너지를 방출한다.그 당시에, 이론에 따르면, 공간이 팽창했고 수소가 더 무거운 원소로 완전히 융합되기에는 우주는 너무 빨리 냉각되었다.이것은 수소가 핵융합에 의해 방출될 수 있는 위치 에너지의 저장고를 의미한다는 것을 의미했다.이러한 핵융합 과정은 수소 구름이 별을 만들 때 수소 구름이 중력적으로 붕괴하면서 발생하는 열과 압력에 의해 촉발되며, 그 후 핵융합 에너지의 일부는 햇빛으로 변환된다.

양자역학

양자역학에서 에너지는 에너지 연산자(해밀턴)의 관점에서 파동 함수의 시간 도함수로 정의됩니다.슈뢰딩거 방정식은 에너지 연산자를 입자 또는 시스템의 전체 에너지와 동등하게 합니다.그 결과는 양자역학에서의 에너지 측정의 정의로 간주될 수 있다.슈뢰딩거 방정식은 양자 시스템의 천천히 변화하는 (비상대론적) 파동 함수의 시공의존성을 기술한다.결합 시스템에 대한 이 방정식의 해는 이산(각각 에너지 수준으로 특징지어지는 일련의 허용 상태)이며, 이는 퀀텀의 개념을 낳는다.모든 발진기(진동자)와 진공 전자파에 대한 슈뢰딩거 방정식의 해법에서 결과 에너지 상태는 플랑크의 관계에 의해 주파수와 관련이 있습니다.${\displaystyle E}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle h}$ {$displaystyle$ E$=h\nu}($$여기$서$$h {\$displaystyle$ h$}$는 Planck 상수이고 주파수 $frequency{\displaystyle }${\$displaystyle \nu})$입니다.전자파의 경우 이러한 에너지 상태를 빛의 양자 또는 광자의 양자라고 합니다.

상대성 이론

뉴턴 역학 대신 로렌츠 변환을 사용하여 상대론적으로 운동 에너지를 계산할 때 아인슈타인은 이러한 계산의 예상치 못한 부산물이 0 속도로 사라지지 않는 에너지 항이라는 것을 발견했습니다.그는 그것을 휴식 에너지라고 불렀습니다: 모든 거대한 물체는 휴식 중에도 가져야 하는 에너지입니다.에너지의 양은 신체의 질량에 정비례합니다.

서 ''는

• m은₀ 신체의 나머지 질량이다.
• c는 진공상태에서 빛의 속도이다.
• ${\displaystyle {E\mathrm{}}_{}}$ 0$(\$은 나머지 에너지입니다.

예를 들어, 전자-양전자 전멸을 생각해보자. 즉, 이 두 개별 입자의 (휴면 질량에 상당하는) 나머지 에너지가 프로세스에서 생성된 광자의 복사 에너지로 변환된다.이 시스템에서는 물질과 반물질(전자 및 양전자)이 파괴되고 비물질(광자)로 바뀝니다.그러나 총 질량과 총 에너지는 이 상호작용 동안 변하지 않습니다.광자는 각각 정지 질량이 없지만 두 개의 원래 입자와 동일한 관성을 보이는 복사 에너지를 가지고 있습니다.이것은 반전 과정입니다.반대 과정은 쌍 생성이라고 불리며, 나머지 입자 질량은 두 개 이상의 전멸 광자의 복사 에너지에서 생성됩니다.

일반 상대성 이론에서, 응력-에너지 텐서는 중력장의 소스 항으로 작용하며, 이는 질량이 비상대론적 뉴턴 ^[10]근사에서 소스 항으로 작용하는 방식과 대략적으로 유사하다.

에너지와 질량은 시스템의 동일한 기본 물리적 성질의 발현입니다.이 속성은 시스템의 중력 상호작용의 관성 및 강도에 대한 책임이 있으며("질량 발현") 다른 물리적 법칙의 제한에 따라 작업 또는 난방("에너지 발현")을 수행할 수 있는 시스템의 잠재적 능력에도 책임이 있습니다.

고전 물리학에서 에너지는 스칼라 양, 시간에 대한 표준 결합량이다.특수 상대성 이론에서 에너지는 스칼라이기도 하다(로렌츠 스칼라는 아니지만 에너지-모멘텀 4-벡터의 ^[10]시간 성분).즉, 에너지는 공간의 회전과 관련하여 불변하지만 시공간(= 부스트)의 회전과 관련하여 불변하지는 않습니다.

변혁

어떤 물체 또는 시스템에서 다른 물체 또는 시스템으로 에너지("전달 중인 에너지")의 일부 형태

이전 프로세스 유형	묘사
열	저온 물체를 향해 자발적으로 전달되는 동일한 양의 열에너지
일하다.	가해지는 힘의 방향으로의 변위에 의해 전달되는 에너지의 같은 양
자재 이송	어떤 계에서 다른 계로 이동하는 물질에 의해 전달되는 에너지량의 등가

에너지는 다양한 효율로 다양한 형태로 변환될 수 있습니다.이러한 형태 사이에서 변형되는 항목을 변환기라고 합니다.변환기의 예로는 배터리(화학 에너지에서 전기 에너지로), 댐(중력 퍼텐셜 에너지에서 움직이는 물의 운동 에너지로, 그리고 궁극적으로 전기 발전기를 통한 전기 에너지로), 열 엔진(열에서 작업까지) 등이 있습니다.

에너지 변환의 예로는 증기 터빈을 통해 열에너지로 전기 에너지를 발생시키거나 크레인 모터를 구동하는 전기 에너지를 사용하여 중력에 대항하는 물체를 들어올리는 것이 있습니다.중력에 대항하는 리프팅은 물체에 기계적 작업을 수행하며 물체에 중력 위치 에너지를 저장합니다.만약 물체가 지상으로 떨어지면, 중력은 물체에서 중력장의 위치 에너지를 지면과 충돌했을 때 열로 방출되는 운동 에너지로 바꾸는 기계적인 작용을 한다.우리의 태양은 핵 잠재 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환합니다; 그것의 총 질량은 그 자체 때문에 감소하지 않지만, 에너지가 주로 복사 에너지로서 주변으로 빠져나갈 때 감소합니다.

Carnot의 정리 및 열역학 제2법칙에서 설명한 바와 같이 열 엔진과 같은 순환 과정에서 열이 효율적으로 작업으로 전환되는 방법에는 엄격한 제한이 있습니다.그러나 일부 에너지 변환은 매우 효율적일 수 있습니다.에너지의 변환 방향(어떤 종류의 에너지가 다른 종류로 변환되는가)은 엔트로피(사용 가능한 모든 자유도에 동일한 에너지가 분산되는 것) 고려에 의해 종종 결정됩니다.실제로 모든 에너지 변환은 소규모로 허용되지만, 에너지 또는 물질이 무작위로 더 농축된 형태 또는 더 작은 공간으로 이동할 가능성은 통계적으로 낮기 때문에 특정 대규모 변환은 허용되지 않습니다.

시간의 경과에 따른 우주의 에너지 변환은 빅뱅 이후 사용 가능한 다양한 종류의 잠재 에너지에 의해 특징지어지며, 트리거링 메커니즘이 사용 가능할 때 "방출"운동 에너지나 복사 에너지와 같은 더 활동적인 에너지로 변환된다."그러한 과정의 친숙한 예로는 궁극적으로 초신성의 중력 붕괴로부터 방출되는 중력 위치 에너지를 사용하여 무거운 동위원소(우라늄과 토륨과 같은)의 생성에 에너지를 "저장"하는 과정인 핵합성, 그리고 원래 t에 저장되었던 에너지가 방출되는 과정인 핵 붕괴가 있다.무거운 원소들이 태양계와 지구에 통합되기 전에 말이다.이 에너지는 핵분열 폭탄이나 민간 원자력 발전에서 촉발되고 방출된다.마찬가지로 화학 폭발의 경우 화학 위치 에너지는 매우 짧은 시간 내에 운동 에너지와 열에너지로 변환됩니다.

그러나 또 다른 예는 추의 그것이다.가장 높은 지점에서 운동 에너지는 0이고 중력 위치 에너지는 최대입니다.가장 낮은 지점에서 운동 에너지는 최대이며 위치 에너지의 감소와 같습니다.마찰이나 다른 손실이 없다고 가정하면 이러한 과정 간의 에너지 변환은 완벽할 것이며 추는 영원히 흔들릴 것이다.

에너지는 또한 위치 에너지(${\displaystyle E_{}}$p \ $displaystyle E_{p$ )에서 운동 에너지(${\displaystyle E_{}}$k \ $displaystyle E_{k$로 전달된 후 지속적으로 위치 에너지로 돌아갑니다.이를 에너지 절약이라고 합니다.이 고립된 시스템에서는 에너지가 생성되거나 파괴될 수 없습니다. 따라서 초기 에너지와 최종 에너지는 서로 같아집니다.이는 다음과 같이 입증할 수 있습니다.

$$\displaystyle E_{pi}+E_{ki}=E_{pF}+E_{kF}}$$

(4)

${\displaystyle {따라서}_{}}$ E ${\displaystyle p}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle g}$ h$(중력$ 곱하기 높이로 인한 질량 곱하기 가속도)$$와 E $k_{}$ $=$ $\frac{1}{}$ $2$ m ${}^{}$ $($ 스타일 E_${k$}=$sq$ frac ${1}{2}} mv^{2$}}($$반질량 속도 제곱)이므로 방정식을 더욱 단순화할 수 있다.${\displaystyle {}_{}}$ 다음 총 에너지량은${\displaystyle {}_{}{E}_{}}$ ${\displaystyle p_{}}$ + ${\displaystyle {}_{}}$ k ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\text{E}}_{}}$총계(\$displaystyle E_{$p}+$E_{$k})를 $더하면{\displaystyle {}_{}}$ 알 수 있습니다.=$E_{\text{$total$\}\}\}.$

변환 시 에너지 및 질량 보존

에너지는 운동량이 0인 시스템에 갇혀서 무게를 잴 수 있게 되면 무게가 커집니다.질량과도 같으며, 이 질량은 항상 질량과 연관되어 있습니다.질량은 또한 일정한 양의 에너지에 해당하며, 마찬가지로 질량 에너지 등가성에 기술된 바와 같이 항상 그것과 연관되어 나타납니다.Albert Einstein(1981)에 의해 도출된 E = mc² 공식은 특수 상대성 이론의 개념 내에서 상대성 질량과 에너지 사이의 관계를 수량화한다.다른 이론적 프레임워크에서 유사한 공식은 J.J.에 의해 도출되었다. 톰슨(1881), 앙리 푸앵카레(1900), 프리드리히 하세뇌르(1904) 등 (질량 에너지 등가 번호 참조)상세한 것에 대하여는, 이력을 참조해 주세요).

물질의 정지 에너지(정지 질량에 상당)의 일부는 다른 형태의 에너지로 변환될 수 있지만(아직 질량을 나타냄), 에너지와 질량은 파괴될 수 없습니다. 대신, 어느 과정에서도 둘 다 일정하게 유지됩니다.그러나 $({$ c$^{2}})$는 일반적인 인간의 눈금과 비교하여 매우 크기 $때문$에 휴식 에너지에서 다른 에너지(운동 에너지, 열 에너지 또는 빛 및 기타 방사선에 의해 운반되는 복사 에너지 등)로 매일의 휴식 질량(예를 들어 1 kg)을 변환하면 엄청난 양의 에너지를 방출할 수 있다.ts의 에너지 (~${\displaystyle 9^{}}$ × ${\displaystyle {10}^{}}$ 16$$(*$style$ 9$\times$ 10$^{16})$줄$$ = 21 메가톤의 TNT)이다. 원자로와 핵무기에서 볼 수 있다.반대로, 일상적인 에너지 양에 해당하는 질량은 매우 작기 때문에 대부분의 시스템에서 발생하는 에너지 손실(질량 손실)은 에너지 손실이 매우 크지 않는 한 계량 척도로 측정하기가 어렵습니다.정지 에너지(물질)와 다른 형태의 에너지(예를 들어 정지 질량을 가진 입자로의 운동 에너지) 사이의 큰 변환의 예는 핵물리학과 입자물리학에서 찾을 수 있다.그러나 종종 물질(원자 등)에서 비물질(광자 등)로의 완전한 변환은 보존법칙에 의해 금지된다.

가역적 및 비가역적 변환

열역학은 에너지 변환을 두 가지 종류로 나눕니다: 가역적 과정과 불가역적 과정.돌이킬 수 없는 과정은 에너지가 더 많은 에너지를 분해하지 않고는 더 농축된 형태(더 적은 양자 상태)로 회복될 수 없는 볼륨에서 사용 가능한 빈 에너지 상태로 소멸(확산)되는 과정입니다.리버서블 프로세스는 이러한 종류의 낭비가 발생하지 않는 프로세스입니다.예를 들어, 위에서 설명한 진자 시스템에서와 같이 한 유형의 전위장에서 다른 전위장으로의 에너지 변환은 가역적이다.열이 발생하는 과정에서 원자 사이의 장에서 가능한 들뜸으로 존재하는 낮은 에너지의 양자 상태는 100% 효율로 다른 에너지 형태로 변환되기 위해 회복할 수 없는 에너지의 일부를 위한 저장소로 작용한다.이 경우, 에너지는 부분적으로 열에너지로 머물러야 하며, 우주에서 양자 상태의 무질서한 다른 종류의 열과 같은 증가(물질의 팽창이나 결정의 무작위화 등)의 대가를 제외하고 사용 가능한 에너지로 완전히 회복될 수 없습니다.

우주가 시간과 함께 진화함에 따라, 더 많은 에너지가 돌이킬 수 없는 상태로 갇히게 됩니다.이것은 우주의 불가피한 열역학적 열사라는 가설로 이어졌다.이 열사망에서 우주의 에너지는 변하지 않지만, 열엔진을 통해 작동하거나 (열엔진에 연결된 발전기를 사용하여) 다른 사용 가능한 에너지로 변환될 수 있는 에너지의 비율은 계속해서 감소합니다.

에너지 절약

에너지가 생성되지도 않고 파괴되지도 않는다는 사실을 에너지 보존의 법칙이라고 합니다.열역학 제1법칙의 형태에서, 이것은 에너지가 일 또는 열로 전달되거나 전달되지 않는 한 닫힌 시스템의 에너지는 일정하며 전달 과정에서 에너지가 손실되지 않는다는 것을 나타냅니다.시스템으로의 에너지 총 유입은 시스템으로부터의 에너지 총 유출과 시스템 내에 포함된 에너지의 변화와 같아야 합니다.상호작용이 시간에 따라 명시적으로 달라지지 않는 입자 시스템의 총 에너지를 측정(또는 계산)할 때마다 시스템의 총 에너지는 항상 ^[11]일정하게 유지된다는 것을 발견합니다.

열은 항상 이상적인 가스의 가역적 등온 팽창에서 작업으로 완전히 변환될 수 있지만, 열 엔진에서 실질적으로 관심을 갖는 주기적 프로세스의 경우 열역학 제2법칙은 작업을 수행하는 시스템이 항상 일부 에너지를 폐열로 손실한다고 명시합니다.이것은 순환 과정에서 작동할 수 있는 열 에너지의 양, 즉 사용 가능한 에너지라고 불리는 한도를 만듭니다.기계 및 기타 형태의 에너지는 이러한 제한 ^[12]없이 다른 방향으로 열 에너지로 변환될 수 있습니다.시스템의 총 에너지는 시스템의 모든 형태의 에너지를 합산하여 계산할 수 있습니다.

리처드 파인만은 1961년 ^[13]강연에서 이렇게 말했다.

지금까지 알려진 모든 자연현상을 지배하는 사실, 혹은 원한다면 법칙이 있다.이 법률에는 알려진 예외는 없습니다.우리가 알고 있는 바로는 그렇습니다.그 법칙은 에너지 보존이라고 불린다.그것은 우리가 에너지라고 부르는, 자연이 겪는 다양한 변화에서 변하지 않는 특정한 양이 있다고 말한다.그것은 가장 추상적인 발상입니다.왜냐하면 수학적인 원리이기 때문입니다.어떤 일이 일어나도 변하지 않는 수량이 있다는 것입니다.그것은 메커니즘이나 구체적인 것에 대한 설명이 아니다; 우리가 어떤 숫자를 계산할 수 있다는 것은 이상한 사실일 뿐이고, 우리가 자연이 그녀의 속임수를 거쳐 그 숫자를 다시 계산하는 것을 다 볼 때, 그것은 똑같다.

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대부분의 종류의 에너지(중력에너지가 주목할 만한 ^[14]예외인 경우)는 엄격한 지역 보존법칙의 적용을 받습니다.이 경우 에너지는 인접한 공간 영역 간에만 교환할 수 있으며, 모든 관측자는 주어진 공간에서의 에너지 부피 밀도에 동의합니다.또한 우주의 총 에너지는 변할 수 없다는 세계적인 에너지 보존 법칙이 있습니다; 이것은 현지 법의 결과이지만,^[12][13] 그 반대는 아닙니다.

이 법칙은 물리학의 기본 원리이다.노에터의 정리에 의해 엄격하게 보여지듯이, 에너지의 보존은 시간의 ^[15]변환 대칭의 수학적 결과이며, 시간 좌표상의 위치로부터 독립하게 만드는 우주 규모 이하의 대부분의 현상의 특성이다.달리 말하면 어제와 오늘과 내일은 물리적으로 구분할 수 없다.이것은 에너지가 시간에 비례하는 양이기 때문입니다.이러한 에너지와 시간의 수학적 얽힘은 불확실성 원칙을 낳는다. 즉, 일정한 시간 간격 동안 정확한 에너지 양을 정의하는 것은 불가능하다(이것은 매우 짧은 시간 간격 동안만 실질적으로 중요하다).불확실성 원리는 에너지 보존과 혼동해서는 안 된다. 오히려 에너지를 원칙적으로 정의하고 측정할 수 있는 수학적 한계를 제공한다.

자연의 기본 힘은 각각 다른 유형의 잠재 에너지와 연관되어 있으며, 모든 유형의 잠재 에너지(다른 모든 유형의 에너지와 마찬가지로)가 존재할 때마다 시스템 질량으로 나타납니다.예를 들어 압축 스프링은 압축 전보다 약간 더 무겁습니다.마찬가지로 어떤 메커니즘에 의해 시스템 간에 에너지가 전달될 때마다 연관된 질량이 전달됩니다.

양자역학에서 에너지는 해밀턴 연산자를 사용하여 표현된다.어떤 시간 척도에서든, 에너지의 불확실성은

$t\Delta E\frac\hbar}{2}$

이는 하이젠베르크 불확도 원리와 형태가 유사하다(그러나 H와 t는 고전이나 양자역학에서 동적 켤레 변수가 아니기 때문에 수학적으로는 동일하지 않다).

입자 물리학에서, 이러한 부등식은 운동량을 전달하는 가상 입자를 질적으로 이해할 수 있게 해줍니다.가상 입자와 실제 입자의 교환은 알려진 모든 기본 힘(더 정확히는 기본 상호작용)의 생성을 담당합니다.가상 광자는 또한 들뜬 원자 및 핵 상태의 자발적인 복사 붕괴, 카시미르 힘, 반데르발스 힘 및 기타 관측 가능한 현상에 대한 전하 사이의 정전 상호작용을 담당합니다.

에너지 전달

폐쇄형 시스템

에너지 전달은 물질의 전달에 폐쇄된 시스템의 특수한 경우에 고려될 수 있습니다.거리에 걸쳐 보존력에 의해 전달되는 에너지의 부분은 소스 시스템이 수신 시스템에서 수행하는 작업으로 측정됩니다.전달 중에 작동하지 않는 에너지의 부분을 ^{[note 3]}열이라고 합니다.에너지는 다양한 방법으로 시스템 간에 전달될 수 있습니다.예를 들어 광자를 통한 전자기 에너지 전달, 운동 ^{[note 4]}에너지를 전달하는 물리적 충돌, 조석 상호작용,^[16] 열 에너지의 전도성 전달 등이 있습니다.

에너지는 엄격하게 보존되며 정의될 수 있는 모든 위치에 국지적으로 보존됩니다.열역학에서, 닫힌 시스템의 경우, 에너지 전달 프로세스는 ^{[note 5]}제1법칙으로 설명됩니다.

$\displaystyle \Delta {}E=W+Q}$

(1)

$여기$서$$E(\$displaystyle$ E$)$는 전달된 에너지의 양,$W{\displaystyle }$(\$displaystyle$ W$)$는 시스템에서 또는 시스템에서 수행된 작업을 $나타내며{\displaystyle }$Q(\$displaystyle$Q)는 시스템 안팎의 열 흐름을 나타냅니다$$.간단히 말해, 열 $용어{\displaystyle }$ Q$(\displaystyle$Q$)$는 특히 열 전도체가 불량한 가스와 관련된 빠른 프로세스 또는 전달의 열 효율이 높을 때 무시될 수 있습니다.이러한 단열 과정을 위해,

$\displaystyle \Delta {}E =W}$

(2)

예를 들어 이 간단한 방정식은 줄의 정의에 사용되는 방정식입니다.

오픈 시스템

폐쇄 시스템의 제약을 넘어, 개방 시스템은 물질 전달과 관련하여 에너지를 얻거나 잃을 수 있습니다(이 과정은 차량 엔진에 공기-연료 혼합물을 주입하여 작업이나 열을 추가하지 않고 에너지를 얻는 시스템으로 설명됩니다).이 에너지를 $(\$로 나타내면 다음과 같이 쓸 수 있다.

$\displaystyle \Delta E=W+Q+E_{\text{matter}}.}$

(3)

열역학

내부 에너지

내부 에너지는 시스템의 모든 미시적 형태의 에너지의 합계입니다.시스템 구축에 필요한 에너지입니다.이것은 운동 에너지의 형태로 입자의 움직임뿐만 아니라 분자 구조, 결정 구조 및 기타 기하학적 측면과 같은 잠재적 에너지와 관련이 있습니다.열역학은 ^[17]열역학만으로는 판단할 수 없는 절대값이 아닌 내부 에너지의 변화와 주로 관련이 있습니다.

열역학 제1법칙

열역학 제1법칙은 시스템과 그 주변의 총 에너지는 항상 보존되며^[18] 열 흐름은 에너지 전달의 한 형태라고 주장합니다.온도와 압력이 잘 정의된 균질 시스템의 경우, 제1법칙에서 일반적으로 사용되는 결과는 화학적 변화 없이 압력력과 열 전달(예를 들어 기체로 가득 찬 실린더)만 적용되는 시스템의 경우 시스템 내부 에너지의 차이 변화(양으로 나타나는 에너지 이득)입니다.e 수량)은 다음과 같습니다.

${\displaystyle d}$ E ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle T\mathrm{}}$ d ${\displaystyle S}$- ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle d\mathrm{}}$ $(\displaystyle \mathrm {d$} E$=T\mathrm {d} S-P\mathrm {d} V$

여기서 오른쪽의 첫 번째 항은 온도 T와 엔트로피 S(시스템에 열을 가할 때 엔트로피가 증가하고 그 변화 dS가 양의)로 표현되는 시스템으로 전달되는 열이며, 오른쪽의 마지막 항은 압력이 P와 부피 V(음수 si)인 시스템에서 수행된 작업으로 식별된다.gn 결과를 얻을 수 있습니다.시스템 압축 시 작업이 필요하기 때문에 볼륨 변경(dV)이 음수이기 때문입니다.

이 방정식은 열과 PV-작업 이외의 모든 형태의 에너지 이류와 같은 모든 화학적, 전기적, 핵 및 중력의 영향을 무시하여 매우 구체적이다.제1법칙(즉, 에너지 보존)의 일반적인 공식은 시스템이 균질하지 않은 상황에서도 유효하다.이러한 경우 닫힌 시스템의 내부 에너지 변화는 일반적인 형태로 다음과 같이 표현된다.

${\displaystyle \mathrm {d} E=\delta Q+\delta W}$

여기서$$ ${\displaystyle q}$Q \ $displaystyle$\$delta$ Q$$、 ${\displaystyle w}$W \ $displaystyle$\$delta$ W$$where$$ 。

에너지의 균등화

기계적 조화 진동자(스프링의 질량)의 에너지는 운동 에너지와 위치 에너지입니다.진동 사이클의 두 지점에서는 완전히 운동성이며 두 지점에서는 완전히 전위성이 됩니다.전체 사이클 또는 여러 사이클에 걸쳐 평균 에너지는 운동 에너지와 전위 에너지 간에 균등하게 분배됩니다.이것은 등분할 원리의 한 예입니다.많은 자유도를 가진 시스템의 총 에너지는 평균적으로 이용 가능한 모든 자유도로 균등하게 분할됩니다.

이 원리는 엔트로피라고 불리는 에너지와 밀접하게 관련된 양의 행동을 이해하는 데 매우 중요합니다.엔트로피는 시스템 부분 간의 에너지 분포의 균등성을 측정하는 척도입니다.고립된 시스템에 더 많은 자유도가 주어지면(즉, 기존 상태와 동일한 새로운 가용 에너지 상태가 주어지면) 총 에너지는 "새로운"과 "구" 도를 구분하지 않고 모든 가용 도에 균등하게 분산됩니다.이 수학적 결과는 열역학 제2법칙의 일부이다.열역학 제2법칙은 물리적 평형 상태에 가깝거나 물리적 평형 상태에 있는 시스템에 대해서만 단순합니다.불균형 시스템의 경우, 시스템의 동작을 지배하는 법칙은 여전히 논쟁의 여지가 있습니다.이러한 시스템의 기본 원리 중 하나는 최대 엔트로피 ^[19][20]생성 원리입니다.그것은 비평형 시스템이 엔트로피 ^[21]생성을 최대화하는 방식으로 작동한다고 말한다.

참고 항목

메모들

레퍼런스

추가 정보

일지

• 에너지 역사 저널 / 레너지 개정판(JEHRHE), 2018–

외부 링크

• Curlie에서의 에너지
• Wayback Machine에서 보관된 열과 열 에너지의 차이 2016-08-27 – BioCab