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Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Loi sur la conservation de l'énergie

Loi sur la conservation de l'énergie

En physique, la loi de conservation de l'énergie est l'une des lois de conservation les plus importantes observées dans la nature. Dans sa forme la plus étudiée et intuitive, cette loi stipule que, bien que l'énergie puisse être transformée et convertie d'une forme à une autre, sa quantité totale dans un système isolé ne change pas avec le temps.

Cependant, dans son sens le plus général, il ne semble pas correct de parler de la loi, car en physique il existe de nombreuses lois liées à la conservation de la matière (masse) et de l'énergie: conservation de la matière, énergie mécanique, énergie de masse, la quantité de mouvement, le moment angulaire, la charge électrique, etc. Ainsi, dans la littérature scientifique, la définition adoptée est celle du principe de conservation de l'énergie totale (principe de conservation de l'énergie), qui inclut toutes les formes possibles d'énergie, y compris les cataractes (d'après Einstein), mais aussi la masse et quantité de mouvement

Le principe est également respecté dans le domaine de la mécanique quantique; en fait, le principe d'incertitude temps-énergie de Heisenberg n'a pas le même caractère fondamental que l'homologue qui implique la position et la quantité de mouvement, car un opérateur temporel (universel) n'est pas défini en mécanique quantique.

Cependant, l'interprétation des phénomènes thermodynamiques en termes de mécanique statistique et la démonstration de l'équivalence entre la chaleur et le travail et leur constance dans le temps ont étendu le principe de la conservation de l'énergie en dehors de la sphère aux phénomènes thermiques. strictement mécanique. à condition de considérer toutes les façons dont l'énergie peut être produite.

Formes particulières de la loi de conservation de l'énergie

Mécanique classique

En mécanique newtonienne, un cas particulier de la loi de conservation de l'énergie est formulé: la loi de conservation de l'énergie mécanique, qui sonne comme suit: «L'énergie mécanique totale d'un système fermé de corps, parmi lesquels les forces conservatrices, restent constantes.

En termes simples, en l'absence de forces dissipatives (par exemple, les forces de friction), l'énergie mécanique ne sort pas de nulle part et ne peut disparaître nulle part.

Dans une centrale nucléaire, par exemple, l'énergie mécanique qui entraîne les turbines n'est pas générée à partir de rien, elle provient de l' énergie thermique contenue dans la vapeur d'eau. Auparavant, cette même énergie était l'énergie interne des atomes, en particulier l'énergie nucléaire.

Loi de conservation de l'énergie en thermodynamique

En thermodynamique, historiquement, la loi de conservation est formulée comme le premier principe de la thermodynamique: «Le changement de l'énergie interne d'un système thermodynamique lors de sa transition d'un état à un autre est égal à la somme du travail des forces externes en le système et la quantité de chaleur transférée au système, et cela ne dépend pas de la façon dont cette transition est effectuée. " Ou encore: "La quantité de chaleur reçue par le système est utilisée pour changer son énergie interne et effectuer un travail contre les forces externes."

La loi de conservation de l'énergie, en particulier, établit qu'il n'y a pas de machines à mouvement perpétuel du premier type, c'est-à-dire que de tels processus sont impossibles, dont le seul résultat serait la production de travaux sans changement dans d'autres corps.

Hydrodynamique

Dans l'hydrodynamique d'un fluide idéal, la loi de conservation de l'énergie est traditionnellement formulée sous la forme de l'équation de Bernoulli: la somme reste constante le long des lignes de courant.

Électrodynamique

En électrodynamique, la loi de conservation de l'énergie est historiquement formulée sous la forme du théorème de Poynting (parfois aussi appelé le théorème Umov - Poynting), qui relie la densité du flux d'énergie électromagnétique avec la densité d'énergie électromagnétique et la densité de Les pertes de Joule. Verbalement, le théorème peut être formulé comme suit: «Un changement d'énergie électromagnétique enfermé dans un certain volume pendant un certain intervalle de temps est égal au flux d'énergie électromagnétique à travers la surface qui limite un volume donné et la quantité d' énergie thermique libérée dans un volume donné prise avec le signe opposé. »

Optique non linéaire

En optique non linéaire, la propagation du rayonnement optique (et généralement électromagnétique) dans un milieu est considérée en tenant compte de l'interaction multicantique de ce rayonnement avec la substance du milieu. En particulier, un large éventail d'études est consacré aux problèmes des interactions dites à trois et à quatre ondes dans lesquelles interagissent respectivement trois ou quatre quanta de rayonnement. Étant donné que chaque acte individuel d'une telle interaction obéit aux lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement, il est possible de formuler des relations assez générales entre les paramètres macroscopiques des ondes en interaction. Ces relations sont appelées relations Manly-Rowe.

Mécanique relativiste

En mécanique relativiste, le concept d'un moment énergétique de 4 vecteurs (ou seulement quatre moments) est introduit. Son introduction nous permet d'écrire les lois de conservation du moment canonique et de l'énergie sous une seule forme, qui, en plus, est covariante de Lorentz, c'est-à-dire qu'elle ne change pas lors du passage d'un référentiel inertiel à un autre.

Relativité générale

Étant une généralisation de la théorie spéciale de la relativité, la théorie générale de la relativité utilise une généralisation du concept des quatre moments: le tenseur énergie-impulsion. La loi de conservation est formulée pour le tenseur énergie-impulsion du système.

Dans la théorie générale de la relativité, la loi de conservation de l'énergie, à proprement parler, ne se réalise que localement. Cela est dû au fait que cette loi est une conséquence de l'uniformité du temps, alors que dans la théorie générale de la relativité le temps est hétérogène et subit des changements en fonction de la présence de corps et de champs dans l'espace-temps. Il convient de noter qu'avec un pseudotenseur correctement défini du moment énergétique du champ gravitationnel, il est possible d'obtenir la conservation de l'énergie complète des corps et des champs qui interagissent gravitationnellement, y compris la gravitation. Cependant, à l'heure actuelle, il n'existe aucun moyen universellement accepté d'introduire l'énergie du champ gravitationnel, car toutes les options proposées présentent l'une ou l'autre inconvénient. Par exemple,

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Date de publication : 10 février 2020
Dernier examen : 10 février 2020