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quinta-feira, 6 de agosto de 2009
Lei de Conservação de Energia _ Wikipedia Enciclopedia Livre
Lei da Conservação de Energia
Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Em física, a lei da conservação de energia estabelece que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante. Uma consequencia dessa lei é que energia não pode ser criado nem destruída. A única coisa que pode acontecer com a energia em um sistema isolado é que ela pode mudar de forma, isto é, por exemplo, a energia cinética pode ser transformada em energia térmica. Porque a energia é associada com massa na teoria da relatividade de Einstein, a conservação de energia também implica na conservação de massa em sistemas isolados (isto é, a massa de um sistema isolado não pode mudar, pois é impossível que energia entre ou deixe o sistema).
Outra consequência dessa lei é que as máquinas de moto contínuo só podem funcionar se não entregarem nenhuma energia para as suas imediações, e também que dispositivos que produzem mais energia do que é colocada neles sem perderem massa (e assim, eventualmente desaparecerem) são impossíveis.
História
Filósofos da Antiguidade, desde Thales de Mileto, já tinham suspeitas a respeito da conservação de alguma substância fundamental da qual tudo é feito. Porém, não existe nenhuma razão particular para relacionar isso com o que conhecemos hoje como "massa-energia" (por exemplo, Thales pensou que a substância era a água). Em 1638, Galileu publicou sua análise de diversas situações —incluindo a celebrada análise do "pêndulo-ininterrompido"— que pode ser descrita (em linguagem moderna) como conservadamente converter energia potencia em energia cinética e então o inverso. Porém, Galileu não mencionou o processo usando as idéias modernas de energia, e não pode ser creditado pelo insight crucial. Foi Gottfried Wilhelm Leibniz durante 1676–1689, quem primeiro tentou realizar uma formulação matemática do tipo de energia que é conectada com o movimento (energia cinética). Leibniz percebeu que em vários sistemas mecânicos (de várias massas, mi cada qual velocidade vi ),
era conservada enquanto as massas não interagissem. Ele chamou essa quantidade de vis viva ou força viva do sistema. O princípio representa uma afirmação acurada da conservação aproximada de energia cinética em situações em que não há atrito. Muitos físicos naquele tempo consideravam que a conservação de momento, que é válida mesmo em sistemas com presença de atrito, como definido pelo momento:
era a vis viva. Foi demonstrado mais tarde, que sob certas condições, ambas as quantidades são conservadas simultâneamente, como em colisões elásticas.
Engenheiros, tais como John Smeaton, Peter Ewart, Karl Hotzmann, Gustave-Adolphe Hirn e Marc Seguin objetaram que a conservação de momento sozinha não era adequada para cálculos práticos, e faziam uso do princípio de Leibniz. O princípio foi também defendido por alguns químicos, tais como William Hyde Wollaston. Acadêmicos, tais como John Playfair rapidamente apontaram que a energia cinética claramento não era conservada. Isso é óbvio com a análise moderna baseada na segunda lei da termodinâmica mas nos séculos XVIII e XIX, o destino da energia perdida ainda era desconhecido. Gradualmente foi se suspeitando que o calor inevitávelmente gerado pelo movimento sob atrito, era outra forma de vis viva. Em 1783, Antoine Lavoisier e Pierre-Simon Laplace revisaram as duas teorias concorrentes, vis viva e teoria do calórico. As observações de Conde Rumford em 1798, da geração de calor durante perfuração de metal, para a fabricação de canhões, adicionou mais peso para a visão de que o movimento mecânico podia ser convertido em calor, e (tão importanto quanto) que a conservação era quantitativa e podia ser predita (possibilitando a determinação de uma constante universal para a conversão de energia cinética em calor). A vis viva começou a ser conhecida como energia, depois do termo ser usado pela primeira vez com esse sentido por Thomas Young em 1807.
A recalibração da vis viva para
o que pode ser entendido como encontrar o valor exato da constante para a conversão de energia cinética em energia térmica work. Foi em grande parte o resultado do trabalho de Gaspard-Gustave Coriolis e Jean-Victor Poncelet durante o período de 1819–1839. O primeiro chamou a quantidade de quantité de travail (quantidade de trabalho) e o segundo de travail mécanique (trabalho mecânico), e ambos defenderam seu uso para cálculos de engenharia.
No artigo Über die Natur der Wärme, publicado no Zeitschrift für Physik em 1837, Karl Friedrich Mohr deu uma das primeiras declarações gerais da doutrina da conservação de energia, nas palavras: "além dos 54 elementos químicos conhecidos, há no mundo um agente único, e se chama Kraft [energia ou trabalho]. Ele pode aparecer, de acordo com as circunstâncias, como movimento, afinidade química, coesão, eletricidade, luz e magnetismo; e a partir de qualquer uma destas formas, pode ser transformado em qualquer um dos outros."
Uma etapa fundamental no desenvolvimento do moderno princípio conservação foi a demonstração do equivalente mecânico do calor. A teoria do calórico afirmava que o calor não podia ser criado nem destruído, mas a conservação de energia implica no princípio contrário, que o calor e o trabalho mecânico são intercambiáveis.
O princípio do equivalente mecânico foi exposto na sua forma moderna pela primeira vez pelo cirurgião alemão Julius Robert von Mayer.[1] Ele tinha descoberto que calor e trabalho mecânico eram ambos formas de energia, e depois, após melhorar seus conhecimentos de física, ele encontrou uma relação quantitativa entre elas.
Durante o período entre 1840 e 1843, um trabalho similar foi efetuado pelo engenheiro Ludwig A. Colding, embora tenha sido pouco conhecido fora de sua nativa Dinamarca.
Mecânica
Na mecânica, a conservação de energia é normalmente dada por
- E = T + V,
onde T é a energia cinética e V a energia potencial.
Na verdade este é o caso particular da lei de conservação mais geral
- e
onde L é a função lagrangeana. Para esta forma particular ser válida, o seguinte deve ser verdadeiro:
- O sistema é scleronomous (tanto energia cinética quanto a potencial são funções explícitas do tempo)
- A energia cinética é uma forma quadrática em relação às velocidades.
- A energia potencial não dependa das velocidades.
Referências
- ↑ von Mayer, J.R. (1842) "Remarks on the forces of inorganic nature" em Annalen der Chemie und Pharmacie, 43, 233
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