Énergie

La foudre est le claquage électrique de l'air par les champs électriques forts, produisant un plasma , ce qui provoque un transfert d'énergie du champ électrique à la chaleur , de l'énergie mécanique (le mouvement aléatoire des molécules d'air provoqués par la chaleur), et la lumière.

Dans la physique et autres sciences , de l'énergie (du grec ενεργός, énergos, «active, travail») est un scalaire quantité physique qui est une propriété des objets et des systèmes qui est conservée par la nature. L'énergie est souvent définie comme la capacité de faire le travail .

Plusieurs formes différentes de l'énergie, y compris cinétique , potentiel, thermique, gravitationnelle, élastique, électromagnétique , chimique, nucléaire, et de masse ont été définis pour expliquer tous les phénomènes naturels connus.

L'énergie est converti à partir d'une forme à une autre. Ce principe, la conservation de l'énergie, a été postulé première au début du 19ème siècle, et se applique à tout système isolé. Selon Le théorème de Noether, la conservation de l'énergie est une conséquence du fait que les lois de la physique ne changent pas au fil du temps.

Bien que l'énergie totale d'un système ne change pas avec le temps, sa valeur peut dépendre de la cadre de réference. Par exemple, un passager assis dans un avion ne se déplace a zéro énergie cinétique par rapport à l'avion, mais non nulle d'énergie cinétique par rapport à la terre.

Histoire

Thomas Young - le premier à utiliser le terme «énergie» au sens moderne.

Le concept d'énergie a émergé l'idée de vis viva, qui Leibniz défini comme le produit de la masse d'un objet et son carré de la vitesse; il croyait que totale vis viva était conservée. Pour tenir compte de ralentissement due à la friction, Leibniz a affirmé que la chaleur se composait du mouvement aléatoire des éléments constitutifs de la matière - une opinion partagée par Isaac Newton , mais il serait plus d'un siècle jusqu'à ce que cela a été généralement admis. En 1807, Thomas Young a été le premier à utiliser le terme «énergie», au lieu de vis viva, dans son sens moderne. Gustave-Gaspard Coriolis décrit « énergie cinétique »en 1829 dans son sens moderne, et en 1853, William Rankine a inventé le terme " énergie potentielle. "Il a été soutenu depuis quelques années si l'énergie était une substance (la calorique) ou simplement une grandeur physique, comme élan .

Il a fusionné toutes ces lois dans les lois de la thermodynamique , qui ont contribué au développement rapide des explications de processus chimiques utilisant le concept d'énergie par Rudolf Clausius, Josiah Willard Gibbs et Walther Nernst. Il a également conduit à une formulation mathématique du concept de l'entropie par Clausius, et à l'introduction de lois de énergie rayonnante par Jožef Stefan.

Lors d'une conférence 1961 pour les étudiants de premier cycle à la California Institute of Technology, Richard Feynman , un professeur de physique et célèbre Lauréat du prix Nobel, a dit ceci à propos du concept de l'énergie:

Depuis 1918, il a été connu que la loi de conservation de l'énergie est la conséquence directe de la mathématique symétrie de translation de la quantité conjugué à l'énergie, à savoir le temps . Ce est, l'énergie est conservée parce que les lois de la physique ne distinguent pas entre les différents moments de temps (voir Théorème de Noether).

Énergie dans divers contextes depuis le début de l'univers

Le concept d'énergie et ses transformations est utile pour expliquer et prévoir la plupart des phénomènes naturels. La direction de transformations dans l'énergie (ce type d'énergie est transformé en ce autre type) est souvent décrite par l'entropie (énergie égale répartie entre tous disponibles degrés de liberté) considérations, puisque dans la pratique toutes les transformations d'énergie sont autorisés sur une petite échelle, mais certaines transformations plus importantes ne sont pas autorisés, car il est statistiquement peu probable que l'énergie ou la matière se déplace au hasard en des formes plus concentrées ou les petits espaces.

Le concept d'énergie est souvent utilisé dans tous les domaines de la science.

Dans la chimie , les différences d'énergie entre substances à déterminer si, et dans quelle mesure, ils peuvent être convertis en d'autres substances ou réagissent avec d'autres substances.

Dans la biologie , des liaisons chimiques sont rompues et recomposées cours processus métaboliques, et les changements associés à l'énergie disponibles sont étudiés dans le sous-champ de bioénergétique. L'énergie est souvent stockées par les cellules sous la forme de substances telles que des hydrates de carbone (y compris des molécules de sucres) et des lipides , qui libèrent de l'énergie lors de la réaction avec l'oxygène .

En la géologie et la météorologie, dérive des continents, des chaînes de montagnes , volcans et les tremblements de terre sont des phénomènes qui peuvent être expliqués en termes de transformations d'énergie dans l'intérieur de la Terre. Alors que les phénomènes météorologiques comme le vent , la pluie , la grêle, la neige , foudre, tornades et ouragans , sont tous à la suite de transformations d'énergie engendrées par l'énergie solaire sur la planète Terre.

Dans la cosmologie et de l'astronomie les phénomènes de étoiles , nova, supernova , quasars et sursauts gamma sont les plus élevés sortie de l'univers transformations de l'énergie de la matière. Tous phénomènes stellaires (y compris l'activité solaire) sont entraînés par divers types de transformations d'énergie. L'énergie dans ces transformations est soit de l'effondrement gravitationnel de la matière (d'hydrogène moléculaire habituellement) dans différentes classes d'objets astronomiques (étoiles, trous noirs, etc.), ou à partir de la fusion nucléaire (d'éléments plus légers, principalement de l'hydrogène).

Transformation de l'énergie dans l'univers au fil du temps sont caractérisées par différents types d'énergie potentielle qui est disponible depuis le Big Bang , la suite étant "sorti" (transformé à des types plus actifs d'énergie telles que l'énergie cinétique ou rayonnante), quand un mécanisme de déclenchement est disponible.

Des exemples familiers de ces processus comprennent désintégration nucléaire, dans lequel l'énergie est libérée qui a été à l'origine "stocké" en isotopes lourds (tels que l'uranium et le thorium ), par nucléosynthèse, un procédé qui utilise finalement l'énergie potentielle gravitationnelle libérée de l'effondrement gravitationnel d'supernovae, pour stocker l'énergie dans la création de ces éléments lourds avant qu'ils ont été intégrés dans le système solaire et la Terre. Cette énergie est déclenché et libéré dans le nucléaire bombes de fission. Dans un processus plus lent, la chaleur de désintégration nucléaire de ces atomes dans le noyau de la Terre libère de la chaleur, ce qui peut soulever des montagnes, par l'intermédiaire orogenèse. Cette levée lente représente une sorte de stockage d'énergie potentielle gravitationnelle de l'énergie thermique, qui peut être libéré en énergie cinétique actif dans des glissements de terrain, après un événement déclencheur. Les tremblements de terre libèrent également stockés énergie potentielle élastique dans les roches, un magasin qui a été produit en fin de compte à partir des mêmes sources de chaleur radioactives. Ainsi, selon la compréhension actuelle, les événements familiers tels que les glissements de terrain et les tremblements de terre libèrent de l'énergie qui a été stockée sous forme d'énergie potentielle dans le champ gravitationnel Terre ou déformation élastique (énergie potentielle mécanique) dans les roches; mais avant cela, représente l'énergie qui a été stockée dans des atomes lourds depuis l'effondrement de longues étoiles détruite créé ces atomes.

Dans une autre chaîne similaire de transformations commençant à l'aube de l'univers, la fusion nucléaire de l'hydrogène dans le Sun publie un autre magasin d'énergie potentielle qui a été créé au moment de la Big Bang . A cette époque, selon la théorie, l'espace élargi et l'univers refroidi trop rapidement pour que l'hydrogène complètement fusible en éléments plus lourds. Cela signifiait que l'hydrogène représente un magasin d'énergie potentielle qui peut être libéré par fusion. Un tel procédé de fusion est déclenchée par la chaleur et la pression générées par effondrement gravitationnel de nuages d'hydrogène lorsqu'ils produisent étoiles et une partie de l'énergie de fusion est ensuite transformée en lumière du soleil. Cette lumière du soleil de notre Soleil peut à nouveau être stockée sous forme d'énergie potentielle gravitationnelle après frappe la Terre, comme (par exemple) l'eau se évapore des océans et se dépose sur des montagnes (où, après avoir été libéré à un barrage hydroélectrique, il peut être utilisé pour conduire turbines / générateurs pour produire de l'électricité). Lumière du soleil entraîne également tous les phénomènes météorologiques, y compris des événements tels que ceux déclenchés dans un ouragan, lorsque de grandes régions instables de mer chaude, chauffée au fil des mois, renoncer à une partie de leur énergie thermique pour alimenter soudainement quelques jours de circulation de l'air violent. La lumière du soleil est également est capturé par les plantes que l'énergie chimique potentielle, lorsque le dioxyde de carbone et l'eau sont convertis en une combinaison combustable des glucides, des lipides, et de l'oxygène. Libération de cette énergie sous forme de chaleur et de la lumière peut être déclenchée par une étincelle soudain, dans un feu de forêt; ou il peut être disponible plus lentement pour les animaux ou le métabolisme humain, lorsque ces molécules sont ingérées, et catabolisme est déclenchée par l'action enzymatique. Grâce à toutes ces chaînes de tranformation, l'énergie potentielle stockée au moment du Big Bang est libéré par les événements intermédiaires, parfois étant stocké dans un certain nombre de façons au fil du temps entre les versions, que l'énergie plus active. Dans tous ces événements, un type d'énergie est convertie à d'autres types d'énergie, y compris la chaleur.

En ce qui concerne les applications de la notion d'énergie

L'énergie est soumise à un strict loi globale de conservation; ce est-à chaque fois une mesure (ou) calcule l'énergie totale d'un système de particules dont les interactions ne dépend pas explicitement du temps, on constate que l'énergie totale du système reste toujours constante.

• L'énergie totale d'un système peut être subdivisée et classé de diverses manières. Par exemple, il est parfois commode de distinguer l'énergie potentielle (qui est une fonction de coordonnées seulement) de l'énergie cinétique (qui est une fonction du temps coordonner dérivés seulement). Il peut également être commode de distinguer l'énergie gravitationnelle, énergie électrique, l'énergie thermique, et d'autres formes. Ces classifications se chevauchent; par exemple, l'énergie thermique est généralement constitué partie de cinétique et d'énergie potentielle partie.
• Le transfert d'énergie peut prendre diverses formes; des exemples familiers comprennent des travaux, flux de chaleur, et l'advection, tel que discuté ci-dessous .
• Le mot «énergie» est également utilisé en dehors de la physique à bien des égards, ce qui peut conduire à l'ambiguïté et l'incohérence. La terminologie vernaculaire ne est pas conforme à la terminologie technique. Par exemple, l'annonce de service public important, "Se il vous plaît conserver l'énergie" utilise notions vernaculaires de «conservation» et «énergie» qui font sens dans leur propre contexte, mais sont tout à fait incompatibles avec les notions techniques de «conservation» et «énergie» ( tels que ceux utilisés dans la loi de conservation de l'énergie).

En l'énergie de la physique classique est considéré comme une quantité scalaire, le conjugué canonique temps . Dans la relativité restreinte d'énergie est également un scalaire (mais pas un Lorentz scalaire mais une composante de temps de la énergie-impulsion 4-vecteur). En d'autres termes, l'énergie est invariant par rapport aux rotations de l'espace, mais pas invariant par rapport aux rotations de espace-temps (= boosts).

Le transfert d'énergie

Parce que l'énergie est strictement conservé et est également conservée localement (où il peut être défini), il est important de se rappeler que, par définition, de l'énergie le transfert d'énergie entre le «système» et les régions adjacentes est le travail. Un exemple bien connu est le travail mécanique . Dans les cas simples, cela se écrit:

(1)

si il n'y a pas d'autres processus de transfert d'énergie impliqués. Ici est la quantité d'énergie transférée, et représente le travail effectué sur le système.

Plus généralement, le transfert d'énergie peut être divisée en deux catégories:

(2)

où représente le flux de chaleur dans le système.

Il ya d'autres façons dont un système ouvert peut gagner ou perdre de l'énergie. Si la masse est compté comme l'énergie (comme dans de nombreux problèmes relativistes), puis doit contenir un terme pour la masse perdue ou gagnée. Dans les systèmes chimiques, l'énergie peut être ajouté à un système au moyen de l'ajout de substances ayant différents potentiels chimiques, ce qui les potentiels sont ensuite extraites (ces deux processus sont illustrés en alimentant une automobile, un système qui gagne en énergie ainsi, sans addition de navigateur travail ou de chaleur). L'enroulement d'une horloge serait ajouter de l'énergie à un système mécanique. Ces termes peuvent être ajoutés à l'équation ci-dessus, ou ils peuvent généralement être regroupés en une quantité appelée "durée d'addition d'énergie "Qui se réfère à ne importe quel type d'énergie effectuée sur la surface d'un volume du volume de commande ou du système. Des exemples peuvent être considérés ci-dessus, et bien d'autres peuvent être envisagées (par exemple, l'énergie d'un courant de particules cinétique entrée d'un système, ou de l'énergie à partir d'un faisceau laser ajoute à l'énergie du système, sans que ni étant soit au travail fait ou à la chaleur ajoutée, dans les sens classique).

(3)

Où E dans cette équation générale représente d'autres termes d'énergie advectée supplémentaires ne sont pas couverts par le travail fait sur un système, ou de la chaleur ajoutée.

L'énergie est également transféré de l'énergie potentielle ( ) À énergie cinétique ( ), Puis de nouveau en énergie potentielle en permanence. Ceci est désigné sous le nom de conservation de l'énergie. Dans ce système fermé, l'énergie ne peut pas être créée ou détruite, de sorte que l'énergie initiale et finale de l'énergie sera égale à l'autre. Ceci peut être démontré de la manière suivante:

L'équation peut alors être simplifiée davantage depuis (Temps d'accélération de masse en raison de temps de gravité de la hauteur) et (Fois et demie la masse fois la vitesse au carré). Ensuite, la quantité totale d'énergie peut être calculée en additionnant .

L'énergie et les lois du mouvement

........................................ Jjj

Le hamiltonien

L'énergie totale d'un système est parfois appelé le Hamiltonien, après William Rowan Hamilton. Les équations classiques du mouvement peuvent être écrits en termes de l'hamiltonien, même pour des systèmes très complexes ou abstraits. Ces équations classiques analogues ont remarquablement directs en mécanique quantique non relativiste.

Le lagrangien

Un autre concept lié à l'énergie est appelé Lagrange, après Joseph Louis Lagrange . Ce est encore plus fondamental que l'hamiltonien, et peut être utilisé pour dériver les équations du mouvement. En physique non relativiste, le lagrangien est l'énergie cinétique moins d'énergie potentielle.

Habituellement, le formalisme de Lagrange est mathématiquement plus pratique que l'hamiltonien pour les systèmes non-conservatrices (comme les systèmes avec le frottement).

L'énergie et de la thermodynamique

L'énergie interne

L'énergie interne - la somme de toutes les formes microscopiques d'énergie d'un système. Elle est liée à la structure moléculaire et le degré d'activité moléculaire et peut être considérée comme la somme des énergies cinétiques et potentielles des molécules; il comprend les types d'énergie suivants:

Les lois de la thermodynamique

Selon la seconde loi de la thermodynamique , le travail peut être totalement convertie en chaleur , mais pas vice versa.This est une conséquence mathématique de la mécanique statistique . La première loi de la thermodynamique affirme simplement que l'énergie est conservée, et que le chauffage est inclus comme une forme de transfert d'énergie. Un corollaire couramment utilisé de la première loi, ce est que pour un sujet «système» seulement des forces de pression et de transfert de chaleur (par exemple un cylindre plein de gaz), le changement différentiel de l'énergie du système (à un gain en énergie signifié par une quantité positive) est donnée par:

,

où le premier terme à droite est le transfert de chaleur dans le système, définie en termes de température T et entropie S (dans laquelle l'entropie augmente et le changement d S est positif lorsque le système est chauffé); et le dernier terme sur le côté droit est identifié comme «travail» accompli sur le système, où la pression est P et le volume V (les résultats de signe négatif car la compression du système est nécessaire de faire un travail sur elle, de sorte que le changement de volume d V est négatif lorsque le travail est effectué sur le système). Bien que cette équation est l'exemple type de texte livre de conservation de l'énergie dans la thermodynamique classique, il est très spécifique, en ignorant tous les produits chimiques, électriques, nucléaires, et les forces gravitationnelles, des effets tels que advection de toute forme d'énergie autre que la chaleur, et parce qu'il contient un terme qui dépend de la température. La déclaration la plus générale de la première loi - ce est à dire la conservation de l'énergie - est valable même dans les situations où la température est indéfinissable.

Énergie est parfois exprimée comme suit:

,

qui ne est pas satisfaisant car il ne peut exister aucune fonction d'état thermodynamiques W ou Q qui soient significatifs sur le côté droit de cette équation, sauf peut-être dans les cas triviaux.

Équipartition de l'énergie

L'énergie d'une mécanique oscillateur harmonique (une masse sur un ressort) est alternativement cinétique et potentiel. A deux points de l'oscillation cycle, il est entièrement cinétique, et alternativement dans deux autres points, il est tout à fait possible. Au cours de l'ensemble du cycle, ou sur de nombreux cycles énergie nette est donc également réparti entre cinétique et potentielle. Cela se appelle principe d'équipartition - énergie totale d'un système avec de nombreux degrés de liberté est également partagé entre tous ces degrés de liberté.

Ce principe est d'une importance vitale pour comprendre le comportement d'une quantité étroitement liés à l'énergie, appelée entropie . L'entropie est une mesure de la planéité d'une répartition de l'énergie entre des parties d'un système. Ce concept est également liée à la seconde loi de la thermodynamique qui stipule essentiellement que lorsque un système isolé est donnée plus de degrés de liberté (= nouvelle est donnée disponible états d'énergie qui sont les mêmes que les états existants), puis l'énergie se propage sur tous les degrés disponibles, sans distinction entre «nouveaux» et «anciens» degrés.

Oscillateurs, phonons, et photons

Dans un ensemble (de collecte connecté) d'oscillateurs non synchronisés, l'énergie moyenne est répartie à parts égales entre types cinétique et potentielle.

Dans un solide, l'énergie thermique (souvent appelée de manière lâche que la teneur en chaleur) peut être décrit de façon précise par un ensemble de phonons thermiques qui agissent comme des oscillateurs mécaniques. Dans ce modèle, l'énergie thermique est également cinétique et potentielle.

Dans un gaz parfait, le potentiel d'interaction entre les particules est essentiellement la fonction delta qui stocke pas d'énergie: ainsi, toute l'énergie thermique est cinétique.

En raison d'un oscillateur électrique (circuit LC) est analogue à un oscillateur mécanique, son énergie doit être, en moyenne, également cinétique et potentielle. Il est tout à fait arbitraire si l'énergie magnétique est considérée cinétique et l'énergie électrique considéré potentiel, ou vice versa. Ce est, soit l'inducteur est analogue à la masse tandis que le condensateur est analogue au ressort, ou vice versa.

1. Par extension de la ligne précédente de la pensée, dans l'espace libre du champ électromagnétique peut être considéré comme un ensemble d'oscillateurs, ce qui signifie que l'énergie de rayonnement peut être considéré également potentielle et cinétique. Ce modèle est utile, par exemple, lorsque le lagrangien électromagnétique est d'un intérêt primordial et est interprété en termes d'énergie potentielle et cinétique.

1. D'autre part, dans l'équation clé , La contribution est appelé l'énergie reste, et toutes les autres contributions à l'énergie sont appelés énergie cinétique. Pour une particule qui a une masse, ce qui implique que l'énergie cinétique est à des vitesses beaucoup plus petite que c, que peut être prouvé par écrit √ et l'expansion de la racine carrée d'ordre le plus bas. Par cette ligne de raisonnement, l'énergie d'un photon est entièrement cinétique, parce que le photon est sans masse et n'a pas l'énergie de repos. Cette expression est utile, par exemple, lorsque la relation énergie contre l'élan est d'un intérêt primordial.

Les deux analyses sont entièrement compatibles. Les degrés électriques et magnétiques de liberté dans l'article 1 sont transversales à la direction de déplacement, alors que la vitesse est au point 2 le long de la direction du mouvement. Pour les particules non relativistes ces deux notions de potentiel par rapport à l'énergie cinétique sont numériquement égaux, donc l'ambiguïté est inoffensif, mais pas pour les particules relativistes.

Travail et travail virtuel

Le travail est à peu près temps de la force à distance. Mais, plus précisément, il est

Ceci signifie que le travail ( ) Est égale à l'intégrale (le long d'un certain chemin) de la vigueur ; pour plus de détails voir le travail mécanique article.

Travailler et donc de l'énergie est encadrer dépendante. Par exemple, envisager une balle étant frappé par une chauve-souris. Dans la trame du centre de masse de référence, la chauve-souris ne travaille pas sur la balle. Mais, dans le cadre de la personne maniant la batte de référence, un travail considérable est fait sur le ballon.

Mécanique quantique

Dans l'énergie de la mécanique quantique est définie en termes de opérateur d'énergie comme une dérivée dans le temps de la fonction d'onde. Le Équation de Schrödinger équivaut opérateur d'énergie pour toute l'énergie d'une particule ou d'un système. Il peut donc être considéré comme une définition de la mesure de l'énergie dans la mécanique quantique. L'équation de Schrödinger décrit l'espace-temps et de la dépendance fonction d'onde des systèmes quantiques. La solution de cette équation pour le système lié est discret (un ensemble d'états autorisés, chacune caractérisée par une le niveau d'énergie) qui se traduit par le concept de quanta. Dans la solution de l'équation de Schrödinger pour chaque oscillateur (vibreur) et pour ondes électromagnétiques dans le vide, les états d'énergie qui en résultent sont liées à la fréquence de l' Planck équation (Où est le La constante de Planck et la fréquence). Dans le cas des ondes électromagnétiques ces états d'énergie sont appelées quanta de lumière ou photons .

Relativité

Lors du calcul de l'énergie cinétique (= travailler pour accélérer une masse de zéro vitesse à une certaine vitesse finie) relativiste - en utilisant Transformations de Lorentz à la place de la mécanique newtonienne , Einstein découvert inattendue sous-produit de ces calculs comme un terme d'énergie qui ne disparaît pas à la vitesse zéro. Il l'a appelé reposer la masse d'énergie - l'énergie dont chaque Messe doit posséder même si étant au repos. La quantité d'énergie est directement proportionnelle à la masse de corps:

,

où

m est la masse,

c est la vitesse de la lumière dans le vide,

E est l'énergie de masse reste.

Par exemple, pensez à électrons - annihilation de positrons, dans lequel la masse au repos de particules individuelles est détruite, mais l'équivalent d'inertie du système de deux particules (son masse invariante) reste (depuis toute l'énergie est associée à la masse), et cette inertie et masse invariante est emportée par les photons qui sont individuellement sans masse, mais comme un système de conserver leur masse. Ce est un processus réversible - le processus inverse est appelé création de paires - dans laquelle la masse au repos de particules est créé à partir de l'énergie de deux (ou plusieurs) anéantir photons.

Dans la relativité générale, le tenseur énergie sert le terme source pour le champ gravitationnel, par analogie grossière à la manière de masse sert de terme source dans l'approximation newtonienne non relativiste.

Il ne est pas rare d'entendre que l'énergie est "équivalent" à la messe. Il serait plus exact de dire que toutes les énergies a une inertie et la gravité équivalente, et parce que la masse est une forme d'énergie, puis a une masse trop inertie et la gravité qui lui est associée.

Mesures

Il n'y a aucune mesure absolue de l'énergie, car l'énergie est définie comme le travail qu'un système fait (ou peut faire) sur un autre. Ainsi, seulement de la transition d'un système d'un état à un autre peuvent être définis et ainsi mesurées.

Méthodes

Les méthodes de mesure de l'énergie déploient souvent des méthodes pour la mesure des concepts encore plus fondamentales de la science, à savoir la masse , la distance , rayonnement, la température , le temps , la charge électrique et courant électrique.

Un Calorimètre - Un instrument utilisé par les physiciens pour mesurer l'énergie

Classiquement la technique la plus souvent utilisée est la calorimétrie, un thermodynamique technique qui repose sur la mesure de température en utilisant un thermomètre ou de l'intensité de rayonnement en utilisant un bolomètre.

Unités

Tout au long de l'histoire des sciences, de l'énergie a été exprimée dans plusieurs unités différentes telles que ergs et calories. À l'heure actuelle, l'unité de mesure acceptée de l'énergie est la Unité SI de l'énergie, le joule.

Formes d'énergie

La chaleur , une forme d'énergie, est en partie énergie potentielle et en partie de l'énergie cinétique .

La mécanique classique distinction entre l'énergie potentielle, qui est une fonction de la position d'un objet, et l'énergie cinétique , qui est fonction de son mouvement . La position et le mouvement sont liés à un cadre de référence, qui doit être précisée: ce est souvent (et à l'origine) un point fixe quelconque sur la surface de la Terre, le référentiel terrestre. Certains auteurs introduction tentent de séparer toutes les formes d'énergie dans les deux cinétique ou potentielle: ce ne est pas incorrect, mais elle ne est clair que ce est une réelle simplification, comme Feynman souligne:

Ces notions d'énergie potentielle et cinétique dépendent d'une notion d'échelle de longueur. Par exemple, on peut parler du potentiel macroscopique et l'énergie cinétique, qui ne comprennent pas le potentiel thermique et énergie cinétique. Aussi ce qu'on appelle énergie potentielle chimique (ci-dessous) est une notion macroscopique, et un examen plus attentif montre que ce est vraiment la somme de l'énergie potentielle et cinétique sur l'échelle atomique et subatomique. Des remarques similaires se appliquent à l'énergie nucléaire "potentiel" et la plupart des autres formes d'énergie. Cette dépendance à l'échelle de longueur est non problématique si les différentes échelles de longueur sont découplés, comme ce est souvent le cas ... mais la confusion peut survenir lorsque des échelles de longueur différentes sont couplés, par exemple lorsque le frottement convertit travaux macroscopique en énergie thermique microscopique.

Énergie potentielle

Énergie potentielle, symboles E _p, V ou Φ, est défini comme le travail fait contre une force donnée (= travail de force donnée avec un signe moins) pour changer la position d'un objet par rapport à une position de référence (souvent prises pour être infinie séparation). Si F est la force de s et est le déplacement,

avec le point représentant le produit scalaire des deux vecteurs .

Le nom de l'énergie "potentiel" signifiait primitivement l'idée que l'énergie pourrait facilement être transférée comme travaux au moins dans un système idéalisé (processus réversible, voir ci-dessous). Ce ne est pas tout à fait vrai pour tout système réel, mais est souvent une première approximation raisonnable dans la mécanique classique.

L'équation générale ci-dessus peut être simplifiée en un certain nombre de cas courants, notamment lorsqu'il se agit de gravité ou avec des forces élastiques .

L'énergie potentielle gravitationnelle

Le la force de gravité à proximité de la surface de la terre varie très peu avec la hauteur, h, et est égale à la masse , m, multiplié par le accélération de la pesanteur, g = 9,81 m / s². Dans ces cas, l'énergie potentielle gravitationnelle est donnée par

Une expression plus générale de l'énergie potentielle due à La gravitation newtonienne entre deux corps de masses M ₁ et M _2, utile dans l'astronomie , est

,

où r est la distance entre les deux organes et G est le constante gravitationnelle, 6,6742 (10) × 10 ^-11 s ^-1 m³kg ^-2. Dans ce cas, le point de référence est la séparation infinie des deux corps.

Énergie potentielle élastique

Comme une balle tombe librement sous l'influence de la gravité , il accélère vers le bas, son initial convertir l'énergie potentielle en énergie cinétique . Lors de l'impact avec une surface dure, la balle se déforme, la conversion de l'énergie cinétique en énergie potentielle élastique. Comme la balle rebondit, l'énergie reconvertit abord en énergie cinétique et que la hauteur balle re-gains en énergie potentielle. Les pertes d'énergie dues à inélastique déformation et résistance de l'air entraîne chaque rebond successif d'être inférieure à la dernière.

Énergie potentielle élastique est défini comme un travail nécessaire pour compresser (ou développer) un ressort. La force, F, dans un printemps ou tout autre système qui obéit La loi de Hooke est proportionnelle à l'extension ou compression, x,

où k est le force constante du ressort notamment (ou système). Dans ce cas, le travail devient calculée

.

La loi de Hooke est une bonne approximation pour le comportement des liaisons chimiques dans des conditions normales, ce est à dire quand ils ne sont pas brisés ou formés.

Énergie cinétique

L'énergie cinétique, symboles _k E, T ou K, est le travail nécessaire pour accélérer un objet à une vitesse donnée. En effet, le calcul de ce travail un facilement obtient ce qui suit:

À des vitesses approchant la vitesse de la lumière , c, ce travail doit être calculée à l'aide Transformations de Lorentz, ce qui entraîne dans la suite:

Cette équation se réduit à l'une au-dessus, à faible (par rapport à c) vitesse. Un mathématique sous-produit de ce travail (qui est immédiatement vu dans la dernière équation), ce est que même au repos une masse a la quantité d'énergie égale à:

Cette énergie est donc appelé reposer énergie de masse.

Energie Thermique

La définition générale de l'énergie thermique, symboles q ou Q, est également problématique. Une définition pratique pour les petits transferts de chaleur est

où C _v est la la capacité thermique du système. Cette définition va échouer si le système subit une la phase de transition, par exemple si la glace est en train de fondre à l'eau, comme dans ces cas, le système peut absorber la chaleur sans augmenter sa température. Dans des systèmes plus complexes, il est préférable d'utiliser le concept de énergie interne plutôt que celui de l'énergie thermique (voir ci-dessous l'énergie chimique ).

Malgré les difficultés théoriques, la définition ci-dessus est utile dans la mesure expérimentale de l'évolution de l'énergie. Dans une grande variété de situations, il est possible d'utiliser l'énergie libérée par un système pour élever la température d'un autre objet, par exemple un bain d'eau. Il est également possible de mesurer la quantité de énergie électrique nécessaire pour élever la température de l'objet du même montant. Le calories a été définie comme la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau de 1 ° C (environ 4,1855 J, même si la définition a changé plus tard), et l'unité thermique britannique a été définie comme l'énergie requise pour chauffer ungallon (Royaume-Uni) d'eau de 1° F (ultérieure fixée comme 1055,06 J).

Energie électrique

Le énergie électrique potentielle de configuration donnée des charges est défini comme le travail qui doit être fait contre la force de Coulomb pour réorganiser les frais de séparation infinie à cette configuration (ou le travail accompli par la force de Coulomb séparant les charges de cette configuration à l'infini). Pour les frais de deux points comme Q ₁ et Q ₂ à une distance r ce travail, et l'énergie potentielle électrique est donc égale à:

où ε ₀ est la constante électrique d'un vide, 10 ⁷ / 4π c ₀ ² ou 8,854188 ... × 10 ^-12 F / m. Si la charge est accumulée dans un condensateur (de capacité C ), la configuration de référence est généralement choisi de ne pas être la séparation infini de charges, mais vice-versa - charges à une proximité très proche de l'autre (il ya donc une charge nette nulle sur chaque plaque d'un condensateur). Dans ce cas, le travail et donc l'énergie potentielle électrique devient

Si un le courant électrique passe à travers un résistance, l'énergie électrique est convertie en chaleur; si le courant passe à travers un appareil électrique, une partie de l'énergie électrique seront converties en d'autres formes d'énergie (bien que certains seront toujours perdus sous forme de chaleur). La quantité d'énergie électrique en raison d'un courant électrique peut être exprimé dans un certain nombre de façons différentes:

où U est la différence de potentiel électrique (en volts ), Q est la charge (en coulombs), je est le courant (en ampères), t est le temps pendant lequel le courant (en secondes), P est la puissance (en watts) et R est la résistance électrique (en ohms ). Le dernier de ces expressions est important dans la mesure pratique de l'énergie, que la différence de potentiel, la résistance et le temps peuvent tous être mesurée avec une précision considérable.

L'énergie magnétique

Il n'y a pas de différence fondamentale entre l'énergie magnétique et énergie électrique: les deux phénomènes sont liés par les équations de Maxwell . L'énergie potentielle d'un aimant de moment magnétique m dans un champ magnétique B est défini comme le travail de la force magnétique (en fait des magnétique couple) sur le réalignement du vecteur du moment de dipôle magnétique, et est égal:

tandis que l'énergie stockée dans uneinductance (del'inductance L) lorsque le courantIpasse par elle est

.

Cette seconde expression est à la base destockage d'énergie magnétique supraconducteur.

Les champs électromagnétiques

Calcul detravailnécessaire pour créer un champ électrique ou magnétique dans le volume de l'unité (par exemple, dans un condensateur ou un inducteur) résultats dans les champs électriques et magnétiquesdes densités d'énergie:

et

,

en unités SI.

Le rayonnement électromagnétique, tels que les micro-ondes, la lumière visible ou les rayons gamma, représente un flux d'énergie électromagnétique. Appliquant les expressions ci-dessus à des composants magnétiques et électriques de champ électromagnétique à la fois la densité volumétrique et le flux d'énergie dans le domaine e / m peut être calculée. La résultante vecteur de Poynting, qui est exprimée en

en unités SI, donne la densité du flux d'énergie et de sa direction.

L'énergie du rayonnement électromagnétique est quantifié (a discrètes des niveaux d'énergie). L'espacement entre ces niveaux est égal à

où h est la constante de Planck, 6.6260693 (11) x 10 ^-34 Js, et ν est la fréquence du rayonnement. Cette quantité d'énergie électromagnétique est généralement appelé un photon. Les photons qui composent la lumière visible ont des énergies de 270 à 520 yJ, l'équivalent de 160 à 310 kJ / mol, la force de faibles liaisons chimiques .

L'énergie chimique

L'énergie chimique est l'énergie due à des associations d'atomes dans les molécules et de divers autres types d'agrégats de matière . Il peut être défini comme un travail effectué par les forces électriques lors de ré-agencement des charges électriques, les électrons et les protons, dans le processus d'agrégation. Si l'énergie chimique d'un système diminue au cours d'une réaction chimique, elle est transférée à l'environnement dans une certaine forme d'énergie (souvent thermique ); d'autre part, si l'énergie chimique d'un système augmente à la suite d'une réaction chimique - il est en convertissant une autre forme d'énergie à partir de l'environnement. Par exemple,

lorsque deuxhydrogèneatomes réagissent pour former une molécule de dihydrogène, l'énergie chimiquediminuepar 724 zJ (l'énergie d'adhérence de la liaison H-H);

quand l'électron est complètement supprimé d'un atome d'hydrogène, formant un ion d'hydrogène (en phase gazeuse), l'énergie chimiqueaugmentede 2,18 aJ (led'énergie d'ionisation de l'hydrogène).

Il est fréquent de citer les changements dans l'énergie chimique pour unemole de la substance en question: valeurs typiques pour le changement dans l'énergie chimique molaire au cours d'une gamme de réaction chimique de quelques dizaines à des centaines de kJ / mol.

L'énergie chimique telle que définie ci-dessus est également désigné par les chimistes que l' énergie interne, U : techniquement, elle est mesurée par le maintien du volume de la constante du système. Cependant, la chimie la plus pratique est effectuée à pression constante et, si les changements de volume au cours de la réaction (par exemple, un gaz se dégage), une correction doivent être appliquées pour tenir compte du travail effectué par ou sur l'atmosphère d'obtenir l' enthalpie , H :

ΔH= ΔU+pΔV

Une deuxième correction, pour le changement del'entropie,S, doit également être effectuée pour déterminer si une réaction chimique aura lieu ou non, donnant l'énergie libre de Gibbs,G:

ΔGΔ =H-TΔS

Ces corrections sont parfois négligeable, mais pas souvent (en particulier dans les réactions impliquant des gaz).

Depuis la révolution industrielle , la combustion du charbon , du pétrole, du gaz naturel ou des produits dérivés d'eux a eu une transformation sociale importante de l'énergie chimique en d'autres formes d'énergie. l'énergie "consommation" (il faut vraiment parler de «transformation de l'énergie») d'une société ou d'un pays est souvent cité en référence à l'énergie moyenne dégagée par la combustion de ces combustibles fossiles :

1 tonne équivalent charbon (TCE) = 29 GJ

1 tonne d'équivalent pétrole (tep) = 41,87 GJ

Sur la même base, un réservoir plein d' essence (45 litres, 12 gallons) est équivalent à environ 1,6 GJ d'énergie chimique. Une autre unité de mesure de l'énergie basée chimiquement est la "tonne de TNT ", pris comme 4.184 GJ. Par conséquent, la combustion d'une tonne de pétrole de presse sur dix fois autant d'énergie que l'explosion d'une tonne de TNT: heureusement, l'énergie est généralement libéré de façon plus lente, plus contrôlée.

Des exemples simples de l'énergie chimique des piles et de la nourriture. Lorsque vous mangez la nourriture est digérée et transformée en énergie chimique qui peut être transformée en énergie cinétique.

Énergie nucléaire

Énergie potentielle nucléaire , avec l'énergie potentielle électrique, fournit l'énergie libérée par la fission nucléaire et des processus de fusion nucléaire. Le résultat de ces deux processus sont des noyaux dans laquelle les forces nucléaires fortes lient particules nucléaires plus fortement et étroitement. forces nucléaires faibles (différents de forces puissantes) fournir l'énergie potentielle pour certains types de désintégration radioactive, tels que désintégration bêta. L'énergie libérée dans les processus nucléaires est si grand que le changement de la masse relativiste (après que l'énergie a été supprimée) peut être autant que plusieurs parties pour mille.

Particules nucléaires ( nucléons) comme les protons et les neutrons sont pas détruits (loi de conservation de nombre baryonique) dans les processus de fission et de fusion. Quelques particules plus légères peuvent être créés ou détruits (exemple: bêta moins et bêta plus décroissance, ou la capture d'électrons décroissance), mais ces processus mineures sont pas importants pour la libération immédiate de l'énergie dans la fission et la fusion. Plutôt, fission et fusion libèrent de l'énergie lorsque les collections de baryons deviennent plus étroitement liés, et il est l'énergie associée à une fraction de la masse des nucléons (mais pas l'ensemble des particules) qui apparaît comme la chaleur et le rayonnement électromagnétique généré par les réactions nucléaires . Cette chaleur et le rayonnement conserve la masse "disparus", mais la masse est manquant seulement parce qu'il échappe sous forme de chaleur et de lumière, qui conservent la masse et la conduite hors du système où il ne se mesure pas. L'énergie du Soleil , appelée aussi l'énergie solaire , est un exemple de cette forme de conversion de l'énergie. Dans le Sun , le processus de fusion de l'hydrogène convertit environ 4 millions de tonnes de matière solaire par seconde en lumière, qui est rayonnée dans l'espace, mais au cours de ce processus, le nombre de protons et de neutrons totaux dans le soleil ne change pas. Dans ce système, la lumière elle-même conserve l'équivalent d'inertie de cette masse, et en fait la masse elle-même (en tant que système), ce qui représente 4 millions de tonnes par seconde d'un rayonnement électromagnétique, se déplaçant dans l'espace. Chacun des noyaux d'hélium qui sont formés dans le processus sont moins massives que les quatre protons à partir, ils ont été formés, mais (avec une bonne approximation), pas de particules ou atomes sont détruits dans le processus de transformation de l'énergie potentielle nucléaire du soleil en lumière.

L'énergie de surface

Si il existe une sorte de tension dans une surface, telle qu'une feuille étirée d'interfaces de caoutchouc ou de matière, il est possible de définir l'énergie de surface . En particulier, toute réunion de matériaux différents qui ne se mélangent pas se traduira par une sorte de tension de surface , si là est la liberté pour les surfaces de naviguer ensuite, comme on le voit dans les surfaces capillaires par exemple, l'énergie minimale sera comme d'habitude être recherchée.

Un surface minimale, par exemple, représente la plus faible énergie possible que peut avoir une surface si son énergie est proportionnelle à l'aire de la surface. Pour cette raison, (ouverts) des films de savon de petite taille sont des surfaces minimales (petite taille réduit les effets de la pesanteur, et l'ouverture empêche la pression de mise en place. Notez qu'une bulle est une surface minimale d'énergie, mais pas une surface minimale par définition).

Transformations de l'énergie

Une forme d'énergie peut souvent être facilement transformé en un autre à l'aide d'un device- par exemple, une batterie, de l'énergie chimique en énergie électrique; un barrage : l'énergie potentielle gravitationnelle à énergie cinétique de déplacer l'eau (et les pales d'une turbine) et, finalement, de l'énergie électrique au moyen d'un générateur électrique. De même, dans le cas d'une explosion de produits chimiques, énergie chimique potentielle est transformée en énergie cinétique et de l'énergie thermique en un temps très court. Encore un autre exemple est celui d'un pendule. Lors de ses points les plus élevés de la énergie cinétique est nulle et l' énergie potentielle gravitationnelle est au maximum. À son point le plus bas de la énergie cinétique est au maximum et est égal à la diminution de l'énergie potentielle. Si un (irréaliste) suppose qu'il n'y a pas de friction, la conversion d'énergie entre ces processus est parfait, et la pendule continuera balançant toujours.

L'énergie peut être convertie en la matière et vice versa. Le formule d'équivalence masse-énergie E = mc ², dérivé indépendamment par Albert Einstein et Henri Poincaré, quantifie la relation entre la masse et le repos de l'énergie. Depuis est très importante par rapport à des échelles humains ordinaires, la conversion de masse à d'autres formes d'énergie peut libérer des quantités énormes d'énergie, comme on peut le voir dans les réacteurs nucléaires et les armes nucléaires. Inversement, l'équivalent en masse d'une unité d'énergie est minime, ce qui explique pourquoi une perte d'énergie de la plupart des systèmes est difficile à mesurer en poids, à moins que la perte d'énergie est très grande. Des exemples de transformation de l'énergie en matière (particules) se trouvent en haute énergie physique nucléaire .

Dans la nature, les transformations d'énergie peuvent être fondamentalement classés en deux types: ceux qui sont thermodynamique réversible, et ceux qui sont thermodynamiquement . irréversible Un processus réversible en thermodynamique est celui dans lequel aucune énergie est dissipée dans les états quantiques vides disponibles dans un volume, à partir de laquelle il ne peut pas être récupéré dans des formes plus concentrées (moins d'états quantiques), sans dégradation de encore plus d'énergie. Un processus réversible est celui dans lequel ce genre de dissipation ne se produise pas. Par exemple, la conversion de l'énergie d'un type de champ de potentiel à l'autre, est réversible, comme dans le système pendulaire décrit ci-dessus. Dans les processus où la température est, toutefois, les États quantiques de plus basse énergie, présent comme exitations possibles dans les domaines entre les atomes, agissent comme un réservoir pour une partie de l'énergie, d'où il ne peut pas être récupéré, afin d'être converti avec 100% d'efficacité dans d'autres formes d'énergie. Dans ce cas, l'énergie doit en partie rester sous forme de chaleur, et ne peut pas être complètement récupéré comme énergie utilisable, sauf au prix d'une augmentation de quelque autre genre d'augmentation de la chaleur comme dans le désordre dans les états quantiques, dans l'univers (comme un l'expansion de la matière, ou d'une randomisation dans un cristal).

Comme l'univers évolue dans le temps, de plus en plus de son énergie se retrouve piégé dans les Etats irréversibles (par exemple, sous forme de chaleur ou d'autres types d'augmentations en désordre). Cela a été désigné comme l'inévitable thermodynamique mort thermique de l'univers. Dans ce chauffer la mort de l'énergie de l'univers ne change pas, mais la fraction d'énergie qui est disponible pour faire un travail, ou être transformé en d'autres formes d'énergie utilisables, croît moins et moins.

Loi de la conservation de l'énergie

L'énergie est soumis à la loi de conservation de l'énergie . Selon cette loi, l'énergie peut être ni créée (produit), ni lui-même détruit. Elle ne peut être transformée.

La plupart des types d'énergie (avec l'énergie gravitationnelle étant une exception notable) sont également soumis à des lois strictes de conservation locales, aussi bien. Dans ce cas, l'énergie ne peut être échangé entre des régions adjacentes de l'espace, et de tous les observateurs d'accord quant à la densité volumétrique de l'énergie dans un espace donné. Il ya aussi une loi globale de conservation de l'énergie, indiquant que l'énergie totale de l'univers ne peut pas changer; Ceci est un corollaire de la loi locale, mais pas vice versa. conservation de l'énergie est la conséquence mathématique de symétrie de translation du temps (qui est, le indiscernabilité des intervalles de temps prises à des moments différents) - voir Théorème de Noether.

Selon la loi de conservation de l'énergie l'afflux total de l'énergie dans un système doit être égal au débit total de l'énergie du système, plus la variation de l'énergie contenue dans le système.

Cette loi est un principe fondamental de la physique. Il résulte de ce symétrie de translation du temps , une propriété de la plupart des phénomènes dessous de l'échelle cosmique qui les rend indépendants de leurs emplacements sur le temps de coordonner. Autrement dit, hier, aujourd'hui et demain sont physiquement indiscernables.

Ainsi parce que l'énergie est la quantité qui est conjugué canonique en temps, il est impossible de définir le montant exact de l'énergie dans un intervalle de temps défini - ce qui rend impossible l'application de la loi de conservation de l'énergie. Cela ne doit pas être considérée comme une «violation» de la loi. Nous savons que la loi est toujours valable, car une succession de courtes périodes de temps ne accumuler toute violation de la conservation de l'énergie.

Dans la mécanique quantique l'énergie est exprimée en utilisant l'hamiltonien opérateur. Sur des échelles de temps, l'incertitude sur l'énergie est par

qui est semblable dans la forme à la Heisenbergprincipe d'incertitude (mais pas vraiment mathématiquement équivalente à celle-ci, puisqueHettne sont pas dynamiquement les variables conjuguées, ni classique, ni dans la mécanique quantique).

Enphysique des particules, cette inégalité permet une compréhension qualitative desparticules virtuelles qui portentl'élan, l'échange par lequel et avec de vraies particules, est responsable de la création de tous connusforces fondamentales (plus précisément connue sous le nominteractions fondamentales).photons virtuels (qui sont tout simplement plus bas mécanique quantiqueétat ​​d'énergie dephotons) sont également responsables de l'interaction électrostatique entrecharges électriques(qui se traduit parla loi de Coulomb), pourradiatif désintégration spontanée des états atomiques et nucléaires abandonnées, pour laforce de Casimir, parles forces de Bond van der Waalset quelques autres phénomènes observables.

L'énergie et la vie

Tout organisme vivant repose sur une source d'énergie externe au rayonnement du Soleil dans le cas de plantes vertes; énergie chimique dans une certaine forme dans le cas des animaux à être en mesure de croître et se reproduire. Les quotidiens 1500-2000 calories (6-8 MJ) recommandés pour un adulte humain sont considérés comme une combinaison de molécules d'oxygène et des produits alimentaires, ces derniers étant principalement des glucides et des graisses, dont le glucose (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) et la stéarine (C ₅₇ H ₁₁₀ O ₆ ) sont des exemples pratiques. Les molécules alimentaires sont oxydés en dioxyde de carbone et eau dans les mitochondries

C₆H₁₂O₆+ 6O₂→ 6CO₂+ 6H₂O

C₅₇H₁₁₀O₆+ 81.5O₂→ 57Co₂+ 55H₂O

et une partie de l'énergie est utilisée pour convertirl'ADP enATP

ADP + HPO₄ ^2-→ ATP + H₂O

Le reste de l'énergie chimique en glucides ou les lipides est convertie en chaleur: l'ATP est utilisé comme une sorte de «monnaie de l'énergie", et une partie de l'énergie chimique qu'elle contient lorsqu'elle fendu et a réagi avec de l'eau, est utilisé pour d'autres le métabolisme ( à chaque étape d'une voie métabolique, de l'énergie chimique est convertie en chaleur). Seule une infime partie de l'énergie chimique d'origine est utilisé pour le travail:

gagner de l'énergie cinétique d'un sprinter lors d'un 100 m course: 4 kJ

gagner en énergie potentielle gravitationnelle d'un poids de 150 kg soulevé par 2 mètres: 3KJ

Ration alimentaire quotidienne d'un adulte normal: 6-8 MJ

Il semblerait que les organismes vivants sont remarquablement inefficace (au sens physique) dans leur utilisation de l'énergie qu'ils reçoivent (énergie chimique ou radiothérapie), et il est vrai que la plupart des véritables machines de gérer des rendements plus élevés. Cependant, dans les organismes en croissance de l'énergie qui est convertie en chaleur a une fonction essentielle, car elle permet au tissu organique d'être hautement ordonné en ce qui concerne les molécules il est construit à partir de. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que l'énergie (et de la matière) tend à devenir plus uniformément répartis à travers l'univers: à concentrer l'énergie (ou matière) en un lieu spécifique, il est nécessaire d'étaler une plus grande quantité d'énergie (sous forme de chaleur) à travers le reste de l'univers ("") dans les environs. Organismes plus simples peuvent réaliser des économies d'énergie supérieures à celles plus complexes, mais les organismes complexes peuvent occuper des niches écologiques qui ne sont pas à la disposition de leurs frères plus simples. La conversion d'une partie de l'énergie chimique à la chaleur à chaque étape dans une voie métabolique est la raison physique derrière la pyramide de la biomasse observée dans l'écologie : pour ne prendre que la première étape dans la chaîne alimentaire, de l'estimation de 124,7 p / a de carbone qui est fixé par photosynthèse , 64,3 ug / a (52%) sont utilisés pour le métabolisme des plantes vertes, soit reconverti en dioxyde de carbone et de la chaleur.