Différence entre énergie et matière

Table des matières:

Différence principale - Énergie vs Matière
Quel est le problème
Qu'est-ce que l'énergie
Différence entre énergie et matière

Différence principale - Énergie vs Matière

L'énergie et la matière sont deux concepts fondamentaux en physique. Ces concepts sont profonds et souvent abstraits. Par conséquent, il n'est pas possible de faire une comparaison claire et directe. Classiquement, la matière est « définie » comme « tout ce qui a une masse et occupe de l'espace » tandis que l'énergie est décrite comme « la capacité de faire un travail ». Cependant, ce ne sont pas des descriptions complètes. A un niveau basique, on pourrait dire que le différence principale entre énergie et matière est-ce que la matière fait référence aux « objets » tandis que l'énergie fait référence à une propriété qu'un objet pourrait avoir ^[1].

Quel est le problème

Il est difficile de donner une définition simple à « matière »^[1]. Comme mentionné ci-dessus, la matière a été traditionnellement décrite comme « des choses qui ont une masse et occupent de l'espace ». Cependant, il y a plusieurs problèmes à considérer cela comme une définition stricte. Par exemple, en mécanique quantique, il existe des situations où deux particules pourraient techniquement occuper le même espace. D'un autre côté, il existe des particules d'échange de force qui ont une masse (comme les bosons W et Z) qui ne sont pas souvent considérées comme de la « matière ». Pour les besoins de cet article, nous considérerons que la matière est constituée de quarks et de leptons (encore une fois, cela ne doit pas être pris au sérieux car cela exclut potentiellement la matière noire !).

Qu'est-ce que l'énergie

D'une manière générale, l'énergie peut être divisée en trois types: l'énergie de masse, l'énergie cinétique et l'énergie potentielle. La masse-énergie fait référence à l'énergie associée à la masse d'un objet. Si un objet a une masse

, alors l'énergie

associée à cette masse est donnée par la célèbre équation d'Einstein décrivant l'équivalence masse-énergie:

où

est la vitesse de la lumière dans le vide.

Einstein a découvert la relation fondamentale entre la masse et l'énergie.

L'énergie cinétique est l'énergie qu'un objet a en raison de son mouvement. Plus un objet se déplace rapidement, plus il possède d'énergie cinétique. En physique classique, l'énergie cinétique est souvent donnée par

. Cependant, en relativité, l'énergie cinétique est définie en termes de quantité de mouvement de l'objet,

L'énergie potentielle est l'énergie qu'une particule a en raison de la façon dont elle interagit avec d'autres particules. Les différents types d'énergie potentielle comprennent énergie potentielle gravitationnelle (pour les particules massives dans les champs gravitationnels) et énergie potentielle électrique (pour les particules chargées dans les champs électriques).

L'énergie totale

pour une particule libre -c'est-à-dire une particule qui n'interagit pas (de sorte qu'elle n'a pas d'énergie sous forme d'énergie potentielle), est donnée par la somme des énergies de masse et cinétiques:

On peut dire que le concept le plus important de la physique classique est le loi de conservation de l'énergie. Cela indique que l'énergie totale dans un système isolé est conservée. Cela signifie que l'énergie ne peut pas être créée ou détruite, mais plutôt qu'elle ne peut être convertie que d'une forme à une autre. Bien que l'énoncé semble qualitatif, il a de solides racines mathématiques dans Le théorème de Noether développé par le mathématicien allemand Emmy Nother.