에너지 보존의 법칙

물리학이나 화학에서는 에너지 보존 법칙은 고립된 시스템의 총 에너지는 일정하게 유지되며 시간이 지남에 따라 보존된다고 되어 있다. 에밀리에 듀 초틀렛에 의해 최초로 제안되고 테스트된 이 법은 에너지를 생성하거나 파괴할 수 없음을 의미합니다.오히려 에너지는 어떤 형태에서 다른 형태로 변환 또는 이전할 수 밖에 없습니다. 예를 들어, 다이너마이트 막대가 폭발하면 화학 에너지는 운동에너지로 변환됩니다. 폭발시 방출된 에너지, 예를 들어 파편의 운동에너지와 포텐셜 에너지, 열이나 소리를 합계하면 다이너마이트 연소에 있어서 화학에너지의 정확한 감소를 얻을 수 있다.

고전적으로 에너지의 보존은 질량의 보존과는 다릅니다. 그러나 특수상대성이론은 질량이 E=mc2에 의해 에너지와 관련되어 있고 그 반대도 마찬가지임을 나타내며 과학은 현재 질량에너지 전체가 보존되고 있다는 견해를 갖고 있다. 이론적으로 이것은 질량을 가진 물체는 그 자체가 순수한 에너지로 변환할 수 있고 그 반대도 가능하다는 것을 의미합니다. 하지만 이는 빅뱅 직후나 블랙홀이 호킹 방사선을 방출할 때 등 가장 극단적인 물리적 조건하에서만 가능할 것으로 보입니다.

에너지 저장은 연속적인 시간 변환 대칭성 결과로서의 Noether 정리를 통해 엄밀하게 증명할 수 있습니다.즉 물리학의 법칙은 시간이 지남에 따라 변화하지 않습니다.

에너지 보존 법칙의 결과로 첫 번째 종류의 영구 운동 기계는 존재할 수 없는, 즉 외부 에너지 공급이 없는 시스템은 그 주위에 무한한 양의 에너지를 공급할 수 없다. 시간 변환 대칭성이 없는 시스템에서는 에너지 절약을 정의할 수 없는 경우가 있습니다. 예를 들면, 일반 상대성이론에서의 곡선공간 시간이나 응축물질 물리학에서의 시간결정이 포함됩니다.

 

기원전 550년경의 밀레투스의 탈레스로 거슬러 올라가는 고대 철학자들은 모든 것이 만들어진 몇 가지 기초적인 물질의 보존에 대해 생각하고 있었습니다. 그러나 그들의 이론을 질량 에너지로 오늘날 우리가 알고 있는 것과 특정할 특별한 이유는 없다(예를 들어 탈레스는 그것이 물이라고 생각했다). 엠페독클스(기원전 490년-430년)는 4개의 뿌리(지구, 공기, 물, 불)로 이루어진 그의 보편적인 시스템에서는 아무것도 생기거나 소멸되지 않는다. 대신 이러한 요소는 계속 재배치된다고 썼다. 한편 에피쿠로스(기원전 350년경)는 우주의 모든 것이 불가분의 물질 단위-원자 고대 전구체로 구성되어 있다고 믿었다.그리고 그 역시 보존의 필요성에 대해 어떤 생각을 가지고 있었다.사물의 합계는 항상 현재와 같고 그런 것은 영원히 남을 것이다.

 

1605년 사이먼 스테비너스는 영구운동이 불가능하다는 원칙에 따라 정역학의 많은 문제들을 해결할 수 있었습니다.

1639년 갈릴레오는 몇 가지 상황에 대한 분석을 발표했다.유명한 중단된 진자를 포함한다.이는 잠재적 에너지를 운동에너지로 보수적으로 변환했다가 다시 돌아온다고 설명할 수 있다. 기본적으로 그는 움직이는 물체가 올라가는 높이와 떨어지는 높이가 같다고 지적하고 이 관찰을 이용해 관성의 개념을 추론했다. 이 관찰의 현저한 측면은 이동체가 마찰이 없는 표면으로 상승하는 높이가 표면 형상에 의존하지 않는다는 것입니다.

1669년 크리스티안 호이헨스는 충돌의 법칙을 발표했습니다. 물체가 충돌하기 전후에 불변하다고 그가 꼽은 양 중에는 그 직선운동량의 합과 운동에너지의 합이 있었다. 그러나 당시에는 탄성 충돌과 비탄성 충돌의 차이를 이해할 수 없었다. 이로 인해 이후의 연구자들 사이에 이들 보존량 중 어느 것이 더 기본적인지에 대한 논쟁이 벌어졌습니다. 그의 홀로그램 오실레이터에서 그는 움직이는 물체의 높이에 대해 더 명확한 성명을 내고 이 생각을 영구 운동의 불가능성과 연결시켰다. 호이헨스의 진자운동 역학 연구는 무거운 물체의 무게중심이 자신을 들어올릴 수 없다는 하나의 원리에 근거하고 있었다.

 

고트프리트 라이프니츠
1676년에서 1689년 사이에 처음으로 운동(운동에너지)과 관련된 종류의 에너지의 수학적 공식을 시도한 것은 라이프니츠였다. 호이헨스 충돌에 관한 연구를 통해 라이프니츠는 많은 기계 시스템(몇 가지 질량의 속도와 더불어 미하)이라는 것을 알게 되었다.

 

대중이 상호작용하지 않는 한 보존되어 있었던 것입니다. 그는 이 양을 시스템의 생명력 또는 생명력이라고 불렀다. 이 원리는 마찰이 없는 상황에서 운동에너지의 대략적인 보존에 관한 정확한 기술을 보여줍니다. 뉴턴과 같은 당시의 많은 물리학자는 운동량에 의해 정의되듯이 마찰이 있는 시스템에서도 유지되는 운동량의 보존을 다음과 같이 생각하고 있었다.

1687년 뉴턴은 힘과 운동량의 개념을 중심으로 조직된 프린시피아를 출판했습니다. 그러나 연구자들은 이 책에 나와 있는 원리가 점의 질량에는 문제가 없지만 강체나 유동체의 운동을 하기에는 충분하지 않다는 것을 금방 깨달았습니다. 몇 가지 다른 원칙도 필요했어요.

다니엘 베르누이
visviva의 보존 법칙은 아버지와 아들 듀오 요한과 다니엘 베르누이에 의해 옹호되었습니다. 전자는 1715년 통계학에서 사용된 가상 작업의 원리를 완전히 일반화하고, 후자는 1738년 출간된 그의 유체역학을 이 단일 시각 보존 원리에 기초하고 있다. 다니엘은 흐르는 물의 가시성 상실에 관한 연구를 통해 유체역학적 압력 변화에 비례하여 손실이 발생한다고 주장하는 베르누이의 원리를 공식화하게 되었습니다. 다니엘은 또 유압기계의 일과 효율 개념을 정식화하고 가스의 운동이론을 서술하며 가스분자의 운동에너지와 가스의 온도를 연관시켰다.

대륙 물리학자에 의한 시각에 초점을 맞춘 이것은 결국 다룸버트의 원리, 라그랑주의 원리, 해밀턴의 역학의 공식과 같은 역학을 지배하는 정상성 원리의 발견으로 이어졌습니다.

에밀리 뒤 샤틀레
iemiliedu Chtetelet(1706-1749)은 운동량과 별도로 총 에너지 보존 가설을 제안하고 테스트했다. 고트프리트 라이프니츠의 이론으로 촉발돼 그녀는 1722년 윌렘의 그레이브스잔데가 고안한 실험을 거듭 발표했다.이 실험에서는 공이 다른 높이에서 부드러운 점토판으로 떨어졌다. 각 공의 운동에너지는 변위한 재료의 양에 따라 나타나듯이 속도의 제곱에 비례하는 것으로 나타났습니다. 점토의 변형은 초기 포텐셜 에너지와 마찬가지로 공이 낙하한 높이에 정비례하는 것으로 나타났다. 뉴턴과 볼테일을 포함한 초기 노동자들은 에너지는 운동량과 구별되지 않으며 따라서 속도에 비례한다고 믿었다. 이 이해에 따르면 점토의 변형은 공을 떨어뜨린 높이의 제곱근에 비례하고 있을 것입니다.