Qu'en est-il de l'énergie contenue dans les matériaux?

La énergie contenue dans les matériaux, Au niveau macroscopique, il est décomposé de certaines des manières suivantes: thermique, chimique ou nucléaire. Un matériau peut libérer ou absorber certains de ces types d'énergie lors de l'interaction avec d'autres matériaux.

L'énergie libérée peut être utilisée pour effectuer un certain type de travail, comme déplacer un véhicule, allumer une lampe, augmenter une fusée, produire du courant électrique et de nombreux autres types de travail. 

Pour cette raison, il est affirmé que l'énergie d'un corps est sa capacité à faire un travail, ou que l'énergie peut être transformée en travail.

À un niveau fondamental, c'est-à-dire à l'échelle moléculaire et atomique, l'énergie contenue dans la matière est l'énergie cinétique, l'énergie et l'énergie potentielles contenues dans la masse des constituants nucléaires de l'atome.

L'énérgie thermique

L'énergie thermique est l'expression macroscopique de l'énergie cinétique, ou l'énergie de mouvement des atomes qui composent un matériau.

Par exemple, dans un gaz, les molécules peuvent être déplacées à l'intérieur, de sorte qu'elles ont une énergie cinétique translationnelle. La somme de l'énergie cinétique de toutes les particules qui composent un matériau est son énergie thermique.

Cette énergie est caractérisée par une quantité macroscopique appelée température, proportionnel à la valeur moyenne de l'énergie cinétique des particules qui composent le matériau.

Lorsque deux matériaux sont en contact, il y a un trafic d'énergie thermique qui a une température plus élevée à la température la plus basse. Ce phénomène est expliqué au niveau microscopique comme le transfert de l'énergie cinétique des particules les plus rapides au plus lent.

L'énergie thermique en transit, de deux matériaux en contact, est appelée chaleur.

Le moteur à vapeur

Chauffage de l'eau d'une chaudière à vapeur, l'énergie thermique est transférée des flammes du charbon brûlant à l'eau, produisant ainsi une vapeur d'eau à haute température et à haute pression, car la chaudière est un récipient hermétique pratiquement aérien.

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L'énergie thermique est capable d'effectuer un travail mécanique. Par exemple, lorsque la vapeur chaude de la chaudière est transmise au cylindre avec un piston mobile, les particules de vapeur exercent une pression sur elle, en le déplaçant.

Si le piston est couplé à une roue à l'aide d'une bielle, la même chose est tournée. Ceci est le principe de fonctionnement des anciennes locomotives à vapeur, qui utilisent l'énergie thermique de la vapeur d'eau pour déplacer la locomotive, qui se déplace à son tour vers les voitures de train. 

Énergie chimique

C'est l'énergie potentielle stockée dans les liens atomiques qui composent les molécules d'un matériau. Son origine est électromagnétique, principalement due à l'interaction électrostatique entre les charges.

Lorsque ces liaisons ou liens sont rompus par une réaction chimique, l'énergie potentielle libérée dans chaque molécule devient l'énergie cinétique de ses constituants. De cette façon, les réactions chimiques exothermiques libèrent de l'énergie chimique pour la transformer en énergie thermique.

La combustion est une réaction chimique dans laquelle une certaine substance, appelée carburant, Il est combiné avec de l'oxygène, produisant une rupture de liens et formant de nouveaux composés. Dans le processus, l'énergie potentielle de chaque liaison des molécules de carburant est libérée, ce qui fait acquérir les molécules résultantes.

Ensemble, les produits de combustion ont plus d'énergie thermique que le carburant et l'oxygène avant la combustion.

Moteurs de combustion interne et énergie chimique

Encore une fois, comme les produits de combustion ont une température élevée et une haute pression, ils peuvent être utilisés pour déplacer les pistons d'un moteur à combustion interne. Et à la suite de la libération de l'énergie chimique du carburant, le moteur travaille pour effectuer un travail, comme le démarrage d'une voiture.

Batteries et énergie chimique

Un autre exemple d'énergie chimique est les batteries, dans lesquelles les électrons sont libérés grâce aux réactions chimiques. Ceux-ci se déplacent à leur tour dans un conducteur externe et font un travail, par exemple déplacer un moteur électrique.

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Tout indique que les automobiles du futur seront électriques, mais à l'arrière.

Énergie nucléaire

Albert Einstein a montré qu'un morceau de matériel, pour le simple fait d'avoir la masse, même s'il est au repos, contient une énorme quantité d'énergie. Ce fait se manifeste dans une équation célèbre:

Où m est la masse, c La vitesse de la lumière dans le vide et l'énergie contenue dans le morceau de matériau.

C'est une équivalence entre la masse et l'énergie, par conséquent, la masse d'un matériau peut devenir de l'énergie et vice versa. Par exemple, en désintégrant complètement 1 g de matière, une énergie équivalente à:

E = 1g x (300.000 km / s)² = 0,001 kg x (3 x 10⁸ SP)² = 9 x 10¹³ Joules = 20 kilotons.

Une énergie équivalente à celle libérée dans une explosion de vingt mille tonnes de TNT. Avec cette quantité d'énergie, d'une manière contrôlée, un porte-avions a pu être promu pour tourner la terre plusieurs fois.

Une énorme quantité d'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique serait également libérée, c'est-à-dire la lumière.

La masse d'un matériau est contenue dans 99,99% dans le noyau des atomes qui composent ledit matériel. La masse d'un atome est principalement l'énergie potentielle de la forte interaction nucléaire qui maintient les protons et les neutrons dans le noyau.

Quand ça se casse "Lien nucléaire", En bombardant des particules d'énergie ou à travers une collision à deux cages, une grande quantité d'énergie est libérée, pour la perte d'une petite fraction de masse dans la réaction nucléaire.

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La fusion nucléaire

Dans les étoiles comme le soleil, les réactions de fusion nucléaire se produisent. Là, en raison des températures élevées, les noyaux atomiques de l'hydrogène et du deutérium sont séparés des électrons et se déplacent à des vitesses très élevées. 

D'un autre côté, en raison des pressions colossales à l'intérieur des étoiles, les noyaux sont très proches les uns des autres et la probabilité de choc frontal entre deux noyaux d'hydrogène est assez élevé.

L'énergie cinétique très élevée des noyaux en collision surmonte la répulsion électrostatique, ce qui rend l'approche des noyaux, que la forte force nucléaire de la forte très courte agit et les maintient ensemble, formant un noyau plus grand.

Dans ce processus de liaison ou de fusion de deux noyaux d'hydrogène pour former un noyau d'hélium, une partie de la masse est perdue. Cela signifie que le noyau d'hélium formé par la fusion est plus léger que la somme de ses constituants d'origine.

Il est dû au fait qu'une partie de la masse initiale a été utilisée pour l'énergie de liaison nucléaire et une autre a été libérée sous forme d'énergie cinétique à partir de neutrons et de photons résultant de la réaction. Par conséquent, l'énergie libérée dans la fusion nucléaire provient de la perte de masse dans la réaction et de sa conversion ultérieure en énergie.

Fision nucléaire

C'est ce qu'on appelle le processus par lequel un noyau lourd est divisé en deux noyaux plus légers, en raison d'une collision d'un neutron incident à grande vitesse.

Dans le processus, une perte de masse, car la somme des masses des noyaux résultantes est inférieure à la masse du noyau d'origine.

Cette masse perdue est transformée en énergie cinétique des noyaux résultants (énergie thermonucléaire) et en rayonnement. C'est ainsi que la bombe atomique et la pompe nucléaire d'uranium libérent l'énergie de la matière.