¿Existe siempre el concepto de energía para cualquier sistema físico? En caso afirmativo, ¿hay una prueba? Si no, ¿hay contraejemplos?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Stefano
Puntos
763
La energía gravitacional en GR es notoriamente concepto difícil de definir, ver, por ejemplo, la página de Wikipedia sobre el estrés de energía-impulso (SEM) pseudotensor; o este, este y este Phys.SE posts y enlaces en el mismo.
steveverrill
Puntos
1325
La práctica usual es definir arbitrariamente el estado del sistema como una energía de cero. Por ejemplo, si tengo un 100g pelota de madera en una habitación, yo podría elegir para definir el cero de estado como cuando la bola está en reposo sobre el suelo.
Si la bola se mueve alrededor o en la posición elevada de la energía del sistema (con respecto a la referencia del estado) sería positivo con respecto a mi estado de referencia.
Por otro lado, si yo fuera a quemar la pelota y permitir que la energía térmica para escapar de la habitación, la energía del sistema ahora sería negativa con respecto a mi estado de referencia.
En otras palabras, si alguien pregunta "¿cuánta energía de este sistema", la respuesta es "con respecto a lo alternativo de estado?"
Hay muchas convenciones, lo que puede ser conveniente para diferentes situaciones. Por ejemplo, si el sistema consta de un electrón y un protón, diferentes individuos pueden definir el cero de la energía como:
- con el electrón en la infinita distancia del protón
- con el electrón en el límite de ser capturado por el protón para formar un átomo de hidrógeno
- con el electrón y el protón como un átomo de hidrógeno en su estado fundamental.
En general, la cantidad de energía que se requiere para lograr un definidos cambio en el estado está muy bien definido.
Por otro lado El concepto de la cantidad de energía que un sistema contiene no tiene sentido, a menos que un adecuado estado de referencia para el sistema ha sido definido.
Todo el mundo estaría de acuerdo en que la diferencia de energía entre los estados 2 y 3 en el ejemplo de arriba es de un valor determinado (conocido como la "energía de ionización" del átomo de hidrógeno) que se puede encontrar en las tablas. Tenga en cuenta que el "ionizaton energía" es en realidad una diferencia de energía, o, alternativamente, la cantidad de energía necesaria para cambiar entre los dos bien definidos los estados.
La confusión puede surgir cuando las personas de diferentes disciplinas se reúnen y tienen ideas diferentes acerca de lo que el estado de referencia "cero energía" es para un sistema. Para el 1 protón, 1 de electrones del sistema, todos los tres de arriba están en uso.
Hay un pequeño truco que puede utilizar si usted realmente quiere tener una definición absoluta de que el contenido de energía de un sistema. Es decir, para definir su energía en términos de su masa, de acuerdo con la ecuación de Einstein E=mc^2. Los números obtenidos, sin embargo, son tan vastas que la energía comparaciones de la vida cotidiana de mecánica y química de los cambios de estado son poco prácticos.
Como una analogía, considere la posibilidad de que los arquitectos medir la altura desde el nivel del suelo y cartógrafos medir la altura desde el nivel del mar, pero nadie mide la altura de la forma más fundamental, a saber, la distancia desde el centro de la tierra.
Nakedible
Puntos
108
En teoría, por supuesto, es posible imaginar los sistemas que no tienen energía definida.
Imagina un universo con forma de disco con un agujero en él. Un campo de fuerzas que pasa a su alrededor en un círculo, y una sola partícula girando a su alrededor a un ritmo creciente:
Ahora intenta pensar cómo habría que definir una energía en términos de la posición de la partícula y la velocidad que sería el control de cómo la partícula se mueve.
Por supuesto, si tal sistema podría existir en el mundo real, no tengo idea.
