Energia și Consumul de Energie

1. ENERGIA

Ce este Energia?

Energia defineşte calitatea schimbărilor şi proceselor care au loc în Univers, începând cu deplasarea în spaţiu şi terminând cu gândirea. Unitatea şi legătura formelor de mişcare a materiei, capacitatea lor inepuizabilă de transformare reciprocă au permis măsurarea diferitelor forme ale materiei printr-o măsură comună: ENERGIA.

Conceptul de energie este fundamental, datorită legăturii existente între materie şi mişcare, dar şi datorită producerii şi transformării diferitelor forme de mişcare a materiei. Aceste forme de mişcare se pot transforma reciproc unele în altele, în raporturi cantitative strict determinate, fapt ce a permis introducerea noţiunii de energie ca o măsură comună a lor.

1.1. Istoria conceptului de Energie

Termenul de „energie“ are o istorie lungă. De origine din limba greacă veche, este folosit mai întâi de Kepler în sensul de putere care emană din corpuri. În sensul actual, este introdus pentru prima oară în literatura ştiinţifică de către Thomas Young, în anul 1807. Termenul de „energie cinetică“ a fost introdus de W. Thomson, iar cel de „energie potenţială“ de Rankine.

În ceea ce priveşte căldura, acest termen a fost folosit într-un sens dublu: ca „energie internă“ (Claussius) şi ca „mărime de proces“ în sensul de căldură transferată de la un corp la celălalt. Aceste accepţiuni ale termenului de căldură trădează menţinerea modelului de fluid, dar şi extinderea acestui model asupra conceptului de energie nou introdus.

De atunci au rămas în terminologia tehnică termeni cum ar fi: pierderi de energie, stocare de energie, economie de energie şi alte expresii care sugerează existenţa unei „materii imateriabile“ distinctă de sistemele fizice.

Istoria dezvoltării conceptului de energie până la forma actuală este lungă şi plină de nuanţări semantice.

În 1665, G.W. Leibnitz a introdus termenul de „vis viva“ (forţa vie) pentru a desemna cantitatea mv2 care apărea în calculele lui mecanice. Deşi Leibnitz a dat această denumire prin analogie cu termenul de „forţă“, folosit de Isak Newton pentru produsul ma, alegerea sa nu a fost prea inspirată.

În 1673, C. Huygens observă că în timpul ciocnirii a două sfere perfect elastice, suma produselor dintre masa şi pătratul vitezei acestora, înainte şi după ciocnire, rămâne constantă.

În 1807, Th. Young a făcut trecerea de la forţa vie la energie. Mai târziu, W. Thomson (viitorul lord Kelvin) introduce termenul de „energie cinetică“, iar Rankine pe cel de „energie potenţială“.

În 1826, J.V. Poncelet introduce termenul de „lucru mecanic“, contribuind astfel la crearea premiselor pentru descoperirea legii conservării energiei.

În 1853, W. Thomson nota: „Numim energie a unui sistem material aflat într-o stare determinată, contribuţia măsurată în unităţi de lucru a tuturor acţiunilor produse în exteriorul sistemului, dacă acesta trece (indiferent în ce mod) din starea sa într-o stare fixată arbitrar“.

În 1897, M. Planck consideră că „energia este aptitudinea unui sistem de a produce efecte exterioare“. Pentru Planck, energia este o funcţie de stare, prin energia unui corp (sau a unui sistem de corpuri) înţelegându-se o mărime care depinde de starea fizică instantanee în care se găseşte sistemul.

Clarificarea statutului conceptului de energie îi aparţine marelui fizician german Max Planck. După acesta, prin energia unui corp se înţelege o mărime care depinde de starea fizică instantanee în care se găseşte sistemul. Pentru a putea exprima energia sistemului într-o stare dată printr-un număr determinat, trebuie fixată o anume „stare normală“ (la 0°C, presiunea normală) a sistemului, fixare absolut arbitrară. Astfel, energia sistemului în starea dată, raportată la starea dată, este egală cu „suma echivalenţilor mecanici ai tuturor acţiunilor produse în afara sistemului, când acesta trece într-un mod oarecare de la starea dată la starea normală“. Prin echivalenţi mecanici ai tuturor acţiunilor se înţelege lucrul mecanic în sens larg, deci al tuturor tipurilor de forţe şi căldura multiplicată cu constanta universală J.

La nivelul actual de cunoştinţe şi dezvoltare tehnologică, se consideră că Universul care ne înconjoară există sub două forme: de substanţă (materie) şi câmp de forţe.

Materia este caracterizată prin două mărimi fundamentale: masa şi energia.

Masa este măsura inerţiei şi a gravitaţiei, iar energia este măsura scalară a mişcării materiei.

Cuvântul ENERGIE are o răspândire foarte largă, dar, cu toate acestea, conţinutul concret al noţiunii nu este la fel de răspândit sau riguros analizat, datorită îndeosebi unor particularităţi mai subtile, caracteristice anumitor forme de energie. Cea mai generală definiţie, prezintă energia ca măsură a mişcării materiei. Această formulare, deşi corectă, prezintă inconvenientul unei exprimări mai puţin explicite, având în vedere diversitatea mare a formelor de mişcare a materiei.