Lénergie est-elle la capacité de travailler?

« La capacité de travailler « est certainement une mauvaise définition de lénergie.

Est-ce » simplement « une définition mauvaise , ou est-ce en fait une définition incorrecte ? Je pense que cela pourrait être lun ou lautre, selon précisément comment le mot «capacité» est interprété. Mais si les mots sont interprétés comme ils le seraient dans le langage courant et dans la vie de tous les jours, je dirais que cest une définition incorrecte.

UPDATE – Quelle est une définition de lénergie qui nest pas moche?

Cest un problème délicat. Définir une chose qui existe dans le monde réel (comme vous le faites en physique ) est assez différent de la définition dun concept dans un cadre axiomatique (comme vous le faites en mathématiques).

Par exemple, comment « définir » le mont Everest? Eh bien, vous ne définissez pas exactement , il vous suffit de le décrire ! Vous décrivez où elle se trouve, vous décrivez à quoi elle ressemble, vous décrivez sa hauteur, etc. Comme il ny a quune seule montagne qui possède toutes ces propriétés, vous vous retrouvez avec une « définition ».

De même, si je commence à décrire lénergie (cest-à-dire énumérer diverses propriétés de lénergie), je finirai par me retrouver avec une définition de lénergie (car rien dautre que lénergie na toutes ces propriétés ). Voici:

• Voici des exemples dénergie: énergie cinétique, énergie potentielle électrique, énergie potentielle gravitationnelle, …

• Les lois fondamentales de la physique sont les mêmes à chaque instant – elles étaient les mêmes hier quelles le sont aujourdhui. Ce fait implique, par le théorème de Noether, quil existe une quantité conservée dans notre univers … Cette quantité est de lénergie.

• La relativité restreinte relie lénergie à la masse / inertie.

• La Relativité Générale relie lénergie à la courbure de lespace-temps.

• En mécanique quantique, lénergie dun système est sa valeur propre par rapport à lopérateur hamiltonien.

• Quelles que soient les autres choses que joublie ou que je nai pas apprises …

Toutes ces propriétés sont interdépendantes et en font ressortir une compréhension complètement précise et sans ambiguïté de ce quest lénergie.

(Je suis sûr que certaines personnes prétendront quun point est la définition fondamentale de lénergie , tandis que les autres puces ne sont « que » des conséquences dérivées. Mais sachez quil sagit dune décision quelque peu arbitraire. La même chose est vraie même en mathématiques. Quels aspects de la « variété différentiable » font partie de sa définition et quels aspects sont prouvés par théorèmes? Différents manuels seront en désaccord.)

Mais pouvez-vous résumer cette compréhension de lénergie en une «définition» dune phrase qui est techniquement correcte et facile à comprendre? Eh bien, je ne peux pas, et je doute que quiconque sur Terre puisse le faire.

Commentaires

• Oh, maintenant je comprends que ce n’est qu’une définition trompeuse, alors quest-ce quune bonne définition de lénergie?
• En fait, je dirais que soit lénergie est la quantité conservée par linvariance de la translation temporelle et le théorème de Noether ou cest la ‘ charge gravitationnelle ‘ en GR.
• Eh bien, pourquoi essaient-ils de le faire en lycée alors.Cela me rappelle la description de lénergie tirée des conférences de Feynmann sur la physique, cest une chose abstraite qui a certaines propriétés qui la rendent utile aux scientifiques.
• En tant que question de savoir pourquoi les enseignants du secondaire sont-ils tenus de définir lénergie sous la forme dune phrase, qui peut prêter à confusion?
• @KabeloMoiloa – Vous ‘ demandez  » Pourquoi Est-ce que les professeurs de physique et les manuels de physique du secondaire disent parfois des choses qui sont incorrectes?  » Je ne suis pas bien placé pour répondre à cela. De nombreux facteurs sont probablement impliqués. Comprendre le système éducatif est encore plus difficile que de comprendre lénergie, à mon avis !! 😛

1. La 2e loi, refondue (comme vous lavez fait) en termes defficacité Carnot, il suffit de dire que le scénario idéal est que toute lénergie est convertie en travail alors que en réalité il y a une perte par chauffage. Donc, cela ne contredit pas lénergie étant la capacité de travailler.

2. Votre phrase « lénergie est la capacité de travailler » est justifiée par le Théorème de lénergie de travail, cest-à-dire $ W = \ triangle KE $. Si vous navez pas commencé par lénergie cinétique, utilisez dabord la loi de conservation de lénergie.

Commentaires

• Oh donc vous voulez dire que lénergie est la capacité de travailler alors?
• Et si le travail à faire est purement thermique? Dites, lexpansion dun gaz …
• Moiloa: Recherchez ce théorème / principe. @Menon: Il peut être refondu en termes de thermique ou électrique ou ce que vous voulez.
• Même idéalement, il y a toujours une perte – un moteur thermique (en supposant cyclique) ne peut jamais convertir toute son énergie dentrée en travail.
• Cet énoncé du théorème de lénergie de travail nest valable que si une particule, ou le centre de masse dun système à particules multiples, se traduit. Il peut y avoir des transferts dénergie dans un système qui ne donnent pas ‘ donner lieu à une translation nette. Si je me tiens sur le sol et que je pousse contre un mur avec ma main et que je prends mon corps pour être le système, il ny a certainement pas de travail sur moi (car il y a un déplacement négligeable de ‘ à le point dapplication de la force du mur ‘ sur moi) mais de lénergie est dépensée parce que je me fatigue.

Jai toujours aimé et utilisé la définition de lénergie de Feynman telle quarticulée dans The Feynman Lectures (ne pas avoir la référence spécifique devant moi, mais elle  » s dans le premier volume du chapitre sur la conservation de lénergie). Feynman définit lénergie comme un nombre qui ne change pas au fur et à mesure que la Nature subit ses processus. Bien sûr, il existe un certain nombre de ces nombres, mais néanmoins lénergie est lun de ces nombres. Vous pouvez également trouver le livre Energy, the Subtle Concept: The découverte des blocs de Feynman de Leibniz à Einstein par Jennifer Coopersmith une référence utile.

Votre déclaration de la deuxième loi est incorrecte. Votre version devrait être « il ny a pas de moteur thermique qui puisse absorber toute lénergie qui lui a été transférée par la chaleur et travailler sur un objet dans un processus cyclique . » (Mes mots ajoutés sont en italique.)

Il est certainement vrai que dans un processus non cyclique, toute la chaleur peut être convertie en travail. Pensez à lexpansion dun gaz dans un cylindre avec un piston mobile soulevant un poids.

Quant à la définition de lénergie, la définir comme la capacité à travailler semble être une définition aussi bonne que possible facilement.

À mon avis, définir l’énergie comme la capacité d’effectuer un travail est une bonne définition, mais cela devrait être bien compris. Je vais essayer dexpliquer pourquoi en trois étapes.

1. Puisque nous disons que lénergie représente une capacité, elle na pas besoin dêtre nécessairement actualisée , cest-à-dire être en train de travailler. Ceci est particulièrement important lorsque lon considère lénergie potentielle.

Un gaz à haute température a de lénergie interne, mais pour être converti en travail, il en faut pour se dilater ou pour être connecté à une source froide réservoir par un moteur thermique.

2. Il est important dobserver que cette définition fait implicitement référence à un travail positif. Ceci est clair lorsque lon considère une collision frontale élastique entre une masse m, de vitesse v, et une masse identique m au repos.
   Lénergie cinétique de la balle en mouvement est convertie en travail, et par conséquent en énergie cinétique de la deuxième balle. Dans cette situation, nous avons: $ v_ {1, i} = v_0 $ , $ v_ {1, f} = 0 $ , $ v_ {2, i} = 0 $ , $ v_ {2, f} = v_0 $ .

Le travail que la première masse fait dans la seconde est donné par $ W_ {1,2} = \ frac {mv ^ 2} {2} $ .

Le travail négatif que la balle au repos applique sur la première balle, $ W_ {2,1} = – \ frac {mv ^ 2} {2} $ , est essentiellement dû au couple action-réaction.

En effet, lénergie kinect de la première balle peut être exactement identifiée dans cet exemple avec le travail effectué sur la deuxième balle. Pour différentes masses, lénergie cinétique nest pas entièrement convertie en travail, mais cela na pas dimportance selon le point 1.

3. Une telle définition de lénergie ne doit pas être limitée au travail macroscopique ( également appelés travaux utiles ou travaux dexpansion, dans le cas des gaz). Cela peut être vérifié par la comparaison entre  » 1 mole de gaz à 300 K $ et 1 mole de gaz à 500 000 $  » contre  » 2 moles de gaz à $ 400K $ « .

On pourrait extraire un travail utile du premier système par une machine à chaleur et pas de lautre. Cependant, les deux ont la même énergie interne. On pourrait observer une contradiction apparente ici.

De nombreux autres exemples peuvent être formulés pour créer une contradiction apparente entre une définition de lénergie comme la capacité à effectuer un travail et la deuxième loi de la thermodynamique.

La solution pour de tels exemples est que lorsque de la chaleur est libérée dans l’environnement, les particules dans l’environnement augmentent leur énergie cinétique moyenne, et par conséquent, certains travaux ont été effectivement effectués au microscope niveau .

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Cela dit, à mon avis, la capacité à effectuer un travail est en effet une bonne définition de la quantité nous nous référons à «Énergie».

Dans les conférences Feynman, lénergie est définie comme une quantité qui est conservée dans un système isolé. Cest tout à fait correct. Cependant, jestime personnellement que cela est trop mathématiquement abstrait et évite lexplication réelle de la  » signifiant  » dune telle quantité qui est conservée par tous les processus physiques.

Enfin, je voudrais également suggérer la lecture du bref article de JW Warren (1982) pour lEuropean Journal Science Education: https://doi.org/10.1080/0140528820040308