Énergie et entropie

Cet article est un résumé du matériel sur l'énergie et l'entropie du livre "La bataille du trou noir".

L'énergie est capable de changer de forme. Cinétique, potentiel, chimique, électrique, nucléaire et thermique ne sont que quelques-unes des formes d'énergie. Il change constamment d'une forme à une autre, mais une chose reste inchangée: la somme totale de toutes les formes d'énergie ne change jamais.

Regardons un exemple. Élever un objet massif, par exemple, une pierre sur une colline. Avant de commencer à élever, vous pouvez vous rafraîchir avec de la nourriture. Après avoir soulevé la pierre, relâchez-la et, sous l'influence de la gravité, elle roule vers le bas. Par conséquent, l'énergie chimique (nourriture) est convertie en énergie potentielle, puis en énergie cinétique. Mais qu'arrive-t-il à l'énergie cinétique lorsque la pierre roule et s'arrête? Il se transforme en chaleur, dont une partie est partie dans l'atmosphère, une partie dans le sol. Cycle complet: chimique => potentiel => cinétique => thermique.

Einstein a montré que la masse est de l'énergie. En déclarant cela, il voulait dire que chaque objet contient de l'énergie latente qui peut être extraite en changeant sa masse. Par exemple, un noyau d'uranium se désintègre spontanément en un noyau de thorium et d'hélium. Ensemble, ils pèsent légèrement moins que l'uranium d'origine. Cet excès de masse est converti en énergie cinétique des noyaux de thorium et d'hélium, ainsi qu'en plusieurs photons. Lorsque les atomes ralentissent et que les photons sont absorbés, l'excès d'énergie devient de la chaleur.

L'énergie thermique est la plus mystérieuse de toutes. Avant l'avènement de la théorie moléculaire moderne de la chaleur, les physiciens et les chimistes la considéraient comme une substance qui se comporte comme un liquide. On a imaginé qu'il coule des objets chauds vers les objets froids, refroidissant le chaud et chauffant le froid.

Mais la chaleur est une forme d'énergie. Pour illustrer cela, faisons une expérience de pensée. Si vous réduisez la taille d'une molécule dans l'eau chaude, vous pouvez voir comment les molécules d'eau se heurtent rapidement et de manière aléatoire. Si l'eau commence à refroidir, les molécules se déplaceront plus lentement. Si elles sont refroidies au point de congélation, les molécules se combinent pour former un cristal solide. Même ainsi, ils hésitent. Si toute l'énergie est retirée, les molécules cessent de vibrer (si vous ne tenez pas compte des fluctuations quantiques) et dans ce cas la température atteint zéro Kelvin absolu ou moins 273,15 degrés Celsius.

Le principe de conservation de l'énergie lors de ses transformations entre différentes formes est appelé la première loi de la thermodynamique .

Entropie

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