Lenergia è la capacità di lavorare?

“La capacità di lavorare “è certamente una definizione schifosa di energia.

È” semplicemente “una definizione schifosa o è effettivamente una definizione errata ? Penso che potrebbe essere luna o laltra cosa, a seconda di come viene interpretata esattamente la parola “abilità”. Ma se le parole vengono interpretate come sarebbero nel linguaggio quotidiano e nella vita di tutti i giorni, direi che “è una definizione errata.

UPDATE – Qual è la definizione di energia che non è scadente?

Questa è una questione delicata. Definire una cosa che esiste nel mondo reale (come fai in fisica ) è molto diverso dalla definizione di un concetto allinterno di un quadro assiomatico (come si fa in matematica).

Ad esempio, come si “definisce” il Monte Everest? Beh, non si definisce esattamente , devi semplicemente descriverlo ! Descrivi dovè, descrivi come appare, descrivi quanto è alto, ecc. Dato che cè solo una montagna che ha tutte queste proprietà, finisci con una “definizione”.

Allo stesso modo, se inizio a descrivere lenergia (cioè elencando varie proprietà di energia), finirò con una definizione di energia (perché niente tranne lenergia ha tutte queste proprietà ). Ecco:

• I seguenti sono esempi di energia: energia cinetica, energia potenziale elettrica, energia potenziale gravitazionale, …

• Le leggi fondamentali della fisica sono le stesse in ogni momento – erano le stesse ieri come lo sono oggi. Questo fatto implica, per il teorema di Noether, che esiste una quantità conservata nel nostro universo … Questa quantità è energia.

• La relatività speciale collega lenergia alla massa / inerzia.

• La Relatività Generale mette in relazione lenergia con la curvatura dello spaziotempo.

• Nella meccanica quantistica, lenergia di un sistema è il suo autovalore rispetto alloperatore hamiltoniano.

• Qualunque altra cosa che “sto dimenticando o non ho imparato” …

Tutte queste proprietà sono correlate e da esse emerge una comprensione del tutto precisa e inequivocabile di cosa sia lenergia.

(Sono sicuro che alcune persone affermeranno che un punto elenco è la definizione fondamentale di energia , mentre gli altri punti elenco sono “semplicemente” conseguenze derivate. Ma dovresti sapere che questa è una decisione alquanto arbitraria. La stessa cosa vale anche in matematica. Quali aspetti di “varietà differenziabili” fanno parte della sua definizione e quali aspetti sono provati da teoremi? Libri di testo diversi non saranno daccordo.

Ma puoi riassumere quella comprensione dellenergia in una “definizione” di una frase che sia tecnicamente corretta e facile da capire? Beh, non posso, e dubito che chiunque sulla terra possa farlo.

Commenti

• Oh, ora capisco che è solo una definizione fuorviante, quindi qual è una buona definizione di energia allora?
• In effetti, direi che o lenergia è la quantità conservata dallinvarianza della traduzione temporale e dal teorema di Noether ‘ oppure è la ‘ carica gravitazionale ‘ in GR.
• Bene, perché provano a farlo in allora il liceo.Mi ricorda la descrizione dellenergia nelle Lectures on Physics di Feynmann, è una cosa astratta che ha determinate proprietà che la rendono utile agli scienziati.
• Come domanda perché gli insegnanti delle scuole superiori devono definire lenergia in una sola frase, ciò può causare confusione?
• @KabeloMoiloa – ‘ stai chiedendo ” Perché gli insegnanti di fisica delle scuole superiori e i libri di testo di fisica dicono di tanto in tanto cose che non sono corrette? ” Non sono in una buona posizione per rispondere. Probabilmente sono coinvolti molti fattori. Capire il sistema educativo è ancora più difficile che capire lenergia, secondo me !! 😛

1. La seconda legge, riformulata (come hai fatto tu) in termini di efficienza di Carnot, si dice solo che lo scenario ideale è che tutta lenergia viene convertita in lavoro mentre in realtà cè una perdita a causa del riscaldamento. Quindi non contraddice che lenergia è la capacità di lavorare.

2. La tua frase “lenergia è la capacità di fare il lavoro” è giustificata dal Teorema energia-lavoro, cioè $ W = \ triangolo KE $. Se non hai iniziato con lenergia cinetica, usa prima la Legge sulla conservazione dellenergia.

Commenti

• Allora intendi dire che lenergia è la capacità di lavorare, allora?
• e se il lavoro da fare fosse puramente termico? Dì, espandere un gas …
• Moiloa: Cerca quel teorema / principio. @Menon: può essere riformulato in termini di termico o elettrico o qualsiasi altra cosa tu voglia.
• Anche idealmente, però, cè sempre qualche perdita: un motore termico (supponendo ciclico) non può mai convertire tutta la sua energia in ingresso lavoro.
• Questa affermazione del teorema energia-lavoro è valida solo se una particella, o il centro di massa di un sistema multiparticellare, si traduce. Ci possono essere trasferimenti di energia allinterno di un sistema che non ‘ danno luogo a una traduzione netta. Se sto sul pavimento e spingo contro un muro con la mano e prendo il mio corpo come sistema, non cè di certo lavoro svolto su di me (perché lo spostamento trascurabile di ‘ a il punto di applicazione della forza del muro ‘ su di me) ma lenergia viene consumata perché mi stanco.

Mi è sempre piaciuta e ho usato la definizione di energia di Feynman articolata in The Feynman Lectures (non avere il riferimento specifico di fronte a me, ma ” s nel primo volume nel capitolo sulla conservazione dellenergia). Feynman definisce lenergia come un numero che non cambia mentre la Natura subisce i suoi processi. Naturalmente, ci sono parecchi numeri simili, ma tuttavia lenergia è uno di quei numeri. Puoi anche trovare il libro Energy, the Subtle Concept: The scoperta dei blocchi di Feynman da Leibniz a Einstein di Jennifer Coopersmith un utile riferimento.

La tua affermazione della Seconda Legge non è corretta. La tua versione dovrebbe essere “non esiste un motore termico che possa assorbire tutta lenergia che gli è stata trasferita dal calore e funzionare su qualche oggetto in un processo ciclico “. (Le mie parole aggiunte sono in corsivo.)

È certamente vero che in un processo non ciclico tutto il calore può essere convertito in lavoro. Pensa allespansione di un gas in un cilindro con un pistone mobile che solleva un peso.

Per quanto riguarda la definizione di energia, definirla come la capacità di lavorare sembra essere la migliore definizione possibile ottenere facilmente.

A mio avviso, definire Energia come la capacità di svolgere un lavoro è una buona definizione, ma dovrebbe essere ben compreso. Cercherò di spiegare il motivo in tre passaggi.

1. Poiché diciamo che lenergia rappresenta una capacità, non ha bisogno di essere necessariamente attualizzata , cioè sta effettivamente facendo del lavoro. Ciò è particolarmente importante quando si considera lenergia potenziale.

Un gas ad alta temperatura ha energia interna, ma per essere convertito in lavoro, è necessario che si espanda o sia collegato a un serbatoio da qualche motore termico.

2. È importante osservare che questa definizione si riferisce implicitamente al lavoro positivo. Questo è chiaro se consideriamo un urto frontale elastico tra una massa m, con velocità v, e una massa identica m a riposo.
   Lenergia cinetica della palla in movimento viene convertita in lavoro, e, di conseguenza, in energia cinetica della seconda palla. In questa situazione, abbiamo: $ v_ {1, i} = v_0 $ , $ v_ {1, f} = 0 $ , $ v_ {2, i} = 0 $ , $ v_ {2, f} = v_0 $ .

Il lavoro che fa la prima massa nella seconda è dato da $ W_ {1,2} = \ frac {mv ^ 2} {2} $ .

Il lavoro negativo che la palla ferma applica sulla prima palla, $ W_ {2,1} = – \ frac {mv ^ 2} {2} $ , è fondamentalmente dovuto alla coppia azione-forza di reazione.

In effetti, lenergia cinetica della prima palla può essere identificata esattamente in questo esempio con il lavoro svolto sulla seconda palla. Per masse diverse lenergia cinetica non è completamente convertita in lavoro, ma non ha importanza secondo il punto 1.

3. Tale definizione di energia non dovrebbe essere limitata al lavoro macroscopico ( noto anche come lavoro utile o lavoro di espansione, nel caso dei gas). Ciò può essere verificato confrontando ” 1 mol di gas a $ 300 K $ e 1 mol di gas a $ 500.000 $ ” contro ” 2 moli di gas a $ 400K $ “.

Si potrebbe estrarre del lavoro utile dal primo sistema con una macchina termica e non dallaltro. Tuttavia, entrambi hanno la stessa energia interna. Si potrebbe osservare qui unapparente contraddizione.

Molti altri esempi possono essere formulati per creare unapparente contraddizione tra tale definizione di energia come capacità di eseguire un lavoro e la seconda legge della termodinamica.

La soluzione per tali esempi è che quando un po di calore viene liberato nellambiente, le particelle nei dintorni aumentano la loro energia cinetica media, e quindi un po di lavoro è stato effettivamente eseguito al microscopio livello .

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Detto questo, a mio avviso, la capacità di eseguire un lavoro è davvero una buona definizione della quantità ci riferiamo a come “Energia”.

Nelle Feynman Lectures, lenergia è definita come una quantità che viene conservata in un sistema isolato. Questo è assolutamente corretto. Tuttavia, personalmente ritengo che ciò sia troppo matematicamente astratto ed eviti la spiegazione effettiva del ” significato ” di tale quantità che viene conservata attraverso tutti i processi fisici.

Infine, vorrei suggerire anche la lettura del breve articolo di JW Warren (1982) per lEuropean Journal Science Education: https://doi.org/10.1080/0140528820040308