Criza energetică Dar nu, criza entropică; Știință uimitoare
Și totuși, în același timp, la clasa de fizică, învățăm asta energia este conservată: nu poate fi nici creat, nici distrus. Nu există o contradicție aici? De ce ni se spune despre economisirea energiei, dacă energia este conservată ?
Pentru a înțelege acest aparent paradox, trebuie să apelăm la această ciudată noțiune de entropie. Și vom vedea că ceea ce numim în mod obișnuit criza energetică este de fapt o criză de entropie. !
Diferitele forme de energie
În fizică, energia poate veni sub mai multe forme. Există, de exemplu energia cinetică, proporțional cu pătratul vitezei sau energia potențială a gravitației, care crește odată cu altitudinea.
Adesea, la clasa de fizică, ilustrăm toate acestea folosind un schior: în partea de sus a pantei, acesta din urmă are o energie potențială gravitațională ridicată, iar în partea de jos a pantei, schiorul a dobândit viteză și, prin urmare, energie cinetică.
Dacă spunem că energia totală a schiorului este conservată, putem calcula viteza acestuia, scriind că energia cinetică finală este egală cu energia potențială inițială, așa cum se arată în diagrama de mai jos:
Totul funcționează excelent, dar ce se întâmplă când schiorul frânează? Se termină în partea de jos a pantei, energia sa potențială este zero, dar este oprit, astfel încât energia sa cinetică este la fel de zero. El și-a pierdut toată energia! Aceasta înseamnă că, în cele din urmă, energia nu ar fi conservată și că ar putea dispărea ?
ei bine, nu, energia este încă acolo, dar acum este în formă termică. Când schiorul frânează, fricțiunea cu zăpada produce căldură, iar temperatura schiurilor și a zăpezii crește foarte ușor. Această producție de căldură sub frânare nu este foarte vizibilă cu oprirea unui schior, dar mult mai mult pe plăcuțele de frână ale unei Formula 1 !
Această poveste de frânare și frecare ne arată că dincolo de energia cinetică sau potențială, există o altă formă de energie de luat în considerare: energie termală. Pentru a putea scrie că energia totală a unui sistem izolat este conservată, este esențial să o luați în considerare. Foarte bine, dar vom vedea acum că această energie termică are un statut foarte special.
Toate energiile nu sunt create egale
Pentru a schimba puțin schiorul, să luăm în considerare un alt obiect care este un clasic în lecțiile de fizică: ghiulele !
Să luăm o minge care cântărește 1 kg și să ne imaginăm că vreau să-i măresc energia totală cu 10.000 de juli. Pentru aceasta, am cel puțin 3 mijloace:
- Luându-l în vârful unui munte de 1.000 de metri, i-aș fi dat aproximativ 10.000 de juli sub formă de energie potențială gravitațională;
- Pentru a-l propulsa la 270 km/h, îi voi da apoi 10.000 de Jouli sub formă de energie cinetică;
- Creșteți-i temperatura cu aproximativ 15 ° C, apoi va primi 10.000 de Jouli sub formă termică.
Aceste trei moduri de a-mi energiza ghiulele pot părea echivalente, dar nu sunt! În primele două cazuri, pot recupera cu ușurință energia de la fetlock pentru a lucra. Spuneți că trebuie să ridic un obiect, că totuși (de exemplu printr-un sistem de frânghii și scripete) pot recupera energia potențială sau cinetică a blocării mele pentru a face acest lucru. Pe de altă parte, cu energie termică, nicidecum! Mingea mea este fierbinte, dar imposibil pentru el să transforme singură această căldură în mișcare care îmi permit să-mi recuperez energia.
Această mică comparație între aceste 3 moduri de a da energie unei mingi ilustrează un principiu esențial: toate energiile nu sunt egale, iar energia termică este mult mai puțin „utilă” decât celelalte.
Energie de calitate ?
Pentru a înțelege de ce energia termică este mai puțin interesantă decât altele, trebuie să vă uitați la detaliile naturii sale. La nivel microscopic, atomii materiei sunt în permanență în mișcare. Pentru un gaz se mișcă destul de liber, pentru un solid sunt forțați să rămână într-un anumit loc, dar pot oscila în jurul poziției lor.