¿Hay alguna razón fundamental por la que el "almacenamiento dinámico de energía" tiene pérdidas?

Question

Considere los resortes y las masas en movimiento: ambos pueden utilizarse para almacenar energía, el resorte mediante la tensión $E=\frac{1}{2}kx^2$ y la masa a través de la energía cinética $E=\frac{1}{2}mv^2$ . Pero la experiencia cotidiana nos dice que, mientras que los resortes pueden mantener esta energía de forma indefinida, un objeto en movimiento siempre se ralentiza y se detiene en algún momento.

Un fenómeno muy similar puede observarse en los circuitos eléctricos: los condensadores se comportan como muelles y pueden mantener la carga y la energía durante mucho tiempo, mientras que los inductores mantienen la energía en forma de campo magnético inducido por un moviendo carga, que una vez más decae muy rápidamente.

Me doy cuenta de que, idealmente, ambos métodos no tienen pérdidas, y que sólo se pierde energía debido a las "imperfecciones": la fricción en el caso de las masas en movimiento y la resistencia eléctrica en el caso del campo magnético de los inductores. Pero, ¿existe alguna razón fundamental o "filosófica" que explique por qué podemos esperar que sea así? ¿Por qué no existe un mecanismo similar a la fricción/resistencia que provoque una rápida pérdida de energía en un muelle comprimido o en un condensador cargado? ¿Existe alguna causa subyacente que explique la rareza tanto de las superficies sin fricción como de los superconductores? ¿O es sólo una coincidencia?

Answer 1

Esta es una posible manera de pensar en ello.

Para transmitir información, hay que gastar algo de energía.

Cualquier cambio detectable en el entorno debe llevar alguna información y, por tanto, está asociado a alguna transferencia de energía.

Si una masa se desplaza por el aire, su movimiento puede detectarse analizando los cambios en la presión atmosférica. La masa tiene que gastar parte de su energía para empujar las moléculas de aire.

Si fluye una corriente en un alambre normal (no un superconductor), podría detectarse por la convección del aire y la radiación debido al efecto de calentamiento de la corriente. Los electrones en movimiento tienen que gastar algo de energía cuando chocan con los átomos del cable.

Podemos detectar un objeto en movimiento en el vacío con sólo mirarlo, pero, en este caso, la energía de la luz reflejada que detectamos procede de otro lugar, es decir, el objeto no necesita gastar energía para ser detectado y, por tanto, puede moverse indefinidamente.

Obviamente, un condensador cargado idealmente o un muelle comprimido, no provocan ningún cambio en el entorno, por lo que no hay que gastar energía.

Resumiendo (sin generalizar), si un objeto provoca algunos cambios detectables en el entorno, tiene que gastar algo de energía. Esa energía puede provenir de una fuente externa o del propio objeto, en cuyo caso, el objeto estará perdiendo su energía.

Answer 2

Otra posible explicación, es que la energía potencial es no se ha perdido si no se realiza ninguna "acción", mientras que la energía cinética se pierde si la "acción" no se continúa .

En el caso del muelle y el condensador, energía potencial se almacena, mientras que para una masa y un inductor, es la moción que genera el energía cinética .
Dado que hay una serie de cosas que pueden interferir con el "movimiento" la energía cinética está sujeta a pérdidas .