L’energia è definita come la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro. Dal punto di vista strettamente termodinamico l’energia è definita come tutto ciò che può essere trasformato in calore a bassa temperatura. Il concetto di energia nasce, nella meccanica classica, dall’osservazione sperimentale che la capacità di un sistema fisico di sviluppare una forza decade quando il sistema stesso stabilisce una interazione con uno o più sistemi mediante la stessa forza. In questo senso l’energia può essere definita come una grandezza fisica posseduta dal sistema che viene consumata per generare una forza. Dal momento che l’energia posseduta da un sistema può essere utilizzata dal sistema stesso per produrre più tipi di forze, si definisce una seconda grandezza, il lavoro appunto, che definisce il consumo di energia in relazione al processo fisico mediante il quale la forza è stata generata.
Origine del termine
La parola energia deriva dal tardo latino energīa, a sua volta dal greco energheia, parola usata da Aristotele nel senso di azione efficace, composta da en, particella intensiva, ed ergon, capacità di agire. Fu durante il Rinascimento che, ispirandosi alla poesia aristotelica, il termine fu associato all’idea di forza espressiva. Ma fu solo nel 1619 che Keplero usò il termine nell’accezione moderna di energia.
Caratteristiche dell’energia
Dal punto di vista della fisica ogni sistema contiene, o “immagazzina”, o è costituito da un determinato quantitativo di una proprietà scalare continua chiamata energia (con l’eccezione dei sistemi quantistici, dove un sistema può esistere solo su livelli energetici discreti). Per determinare la quantità di energia di un sistema si deve tenere conto delle diverse forme nelle quali l’energia si presenta entro un sistema (si veda Forme di energia per l’elenco delle forme di energia). Non esiste una maniera univoca di visualizzare l’energia. Può essere pensata come una grandezza matematica che caratterizza un sistema, utile per fare delle previsioni, ad esempio sulle strutture stabili del sistema (minimi energetici), moti possibili, ecc.
Il primo tipo di previsioni che l’energia permette di fare, sono legate a quanto lavoro un sistema è in grado di compiere. Svolgere un lavoro richiede energia, e quindi la quantità di energia presente in un sistema limita la quantità massima di lavoro che il sistema può svolgere. Nel caso unidimensionale, l’applicazione di una forza per una distanza richiede un’energia pari al prodotto del modulo della forza per lo spostamento.
Si noti, comunque, che non tutta l’energia di un sistema è immagazzinata in forma utilizzabile; quindi, in pratica, la quantità di energia di un sistema, disponibile per produrre lavoro, può essere molto meno di quella totale del sistema.
L’energia permette anche di fare altre previsioni. Infatti, grazie alla legge di conservazione dell’energia valida per sistemi chiusi, si può determinare lo stato cinetico di un sistema sottoposto ad una sollecitazione quantificabile. Questa e altre leggi, applicate all’universo nel suo intero, affermano che l’energia non si crea e non si distrugge, bensì si trasforma e si degrada (vedi i principi della termodinamica).
Forme di energia
L’energia esiste in varie forme, ognuna delle quali possiede una propria equazione dell’energia. Le principali forme di energia (non tutte fondamentali) sono:
・ Energia meccanica, definita classicamente come somma di potenziale e cinetica;
・ Energia chimica;
・ Energia nucleare;
・ Energia elettrica;
・ Energia luminosa o radiante;
・ Energia termica;
・ Energia biochimica;