La loi de conservation de l'énergie stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite. L'énergie du système ne peut être convertie qu'en d'autres types d'énergie. Par conséquent, l'énergie totale d'un système isolé ne varie pas avec le temps.
Julius von Mayer a énoncé cette loi.
Cette loi ne doit pas être confondue avec la loi de conservation de la masse énoncée par Albert Einstein.
Le principe de conservation de l'énergie a des vues particulières selon la branche de la physique à laquelle on se réfère. Dans cet article, nous évoquons cinq cas :
Mécanique classique.
Thermodynamique.
Fluides dynamiques.
Électrodynamique.
Relativité générale.
Loi de conservation de l'énergie en mécanique classique
En mécanique newtonienne, le principe de conservation stipule que "l'énergie mécanique totale d'un système fermé de corps, entre lesquels seules les forces internes du système agissent, reste constante".
En termes simples, en l'absence de forces dissipatives (par exemple, les forces de frottement), l'énergie ne vient de nulle part et ne peut pas disparaître. Au lieu de cela, il ne peut être converti qu'en d'autres types d'énergie.
Si des forces dissipatives apparaissent, comme la force de frottement, une certaine quantité d'énergie est transformée en une autre forme d'énergie (par exemple, l'énergie thermique).
Principe de conservation de l'énergie en thermodynamique
Dans ce contexte, la loi est formulée comme la premièr principe de la thermodynamique : "La quantité de chaleur reçue par le système est utilisée pour modifier son énergie interne et faire travailler contre les forces externes."
La loi de conservation de l'énergie stipule qu'il n'y a pas de machines à mouvement perpétuel du premier type. Sadi Carnot a montré que de tels procédés sont impossibles.
La loi dans la dynamique des fluides
Dans cette dynamique d'un fluide idéal, la loi de conservation de l'énergie est formulée sous la forme de l'équation de Bernoulli : la somme reste constante le long des lignes de courant.
Le principe en électrodynamique
Dans cette branche de la physique, cette loi est historiquement formulée dans le théorème de Poynting, qui relie la densité du flux d'énergie électromagnétique à la densité d'énergie électromagnétique et à la densité des pertes Joule.
Verbalement, le théorème peut être formulé comme suit : "Une variation de l'énergie électromagnétique enfermée dans un certain volume sur un certain intervalle de temps est égale au flux de ce type d'énergie à travers la surface qui limite un volume donné et la quantité d'énergie thermique libéré dans un volume donné pris avec le signe opposé. ”
La loi en la relativité générale
Étant une généralisation de la théorie particulière de la relativité, la théorie générale de la relativité utilise une généralisation du concept des quatre moments : le tenseur énergie-impulsion. Par conséquent, la loi est formulée pour le tenseur énergie-impulsion du système.
Dans la théorie de la relativité générale, la loi de conservation de l'énergie, à proprement parler, n'est remplie que localement. Cela est dû au fait que cette loi est une conséquence de l'uniformité du temps, alors que dans la théorie de la relativité générale, le temps dépend de la présence de corps et de champs dans l'espace-temps.
Exemples de loi de conservation de l'énergie
Pour comprendre comment fonctionne la loi de conservation de l'énergie, nous listons quelques exemples :
Une voiture de montagnes russes effectue diverses conversions de l'énergie cinétiique et potentielle à chaque tour. Par exemple, presque toute l'énergie est de l'énergie potentielle gravitationnelle lorsqu'elle est à son maximum. Puis, au fur et à mesure qu'il descend, la vitesse augmente, transformant l'énergie en énergie cinétique donc la quantité de mouvement est aussi constante.
Un générateur électrique peut transformer l'énergie mécanique en énergie électrique.
La combustion d'un feu de bois transforme l'énergie chimique du combustible en énergie thermique pour chauffer son environnement.
Lors de la fonte de la glace, une partie de la chaleur apportée diminue la température jusqu'à ce qu'elle atteigne le point de fusion. A partir de ce moment, le flux d'énergie est utilisé pour effectuer le changement de phase du solide au liquide.
Lors d'une réaction nucléaire, les atomes perdent de l'énergie de masse qui est convertie en énergie thermique.
