Wet van behoud van energie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Jump to search

De wet van behoud van energie is een natuurwet, of meer specifiek een behoudswet, die stelt dat de totale hoeveelheid energie in een geïsoleerd systeem te allen tijde constant blijft. Een direct gevolg hiervan is dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, maar alleen kan worden omgezet van de ene in de andere vorm, bijvoorbeeld van chemische energie naar kinetische energie. Een ander gevolg van deze wet is dat een perpetuum mobile alleen uit zichzelf kan blijven bewegen, indien het in het geheel geen energie afgeeft aan zijn omgeving - in de praktijk is dat onhaalbaar.

Volgens de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein is massa een vorm van energie, en kunnen energie en massa in elkaar overgaan. Er is dus maar weinig onderscheid tussen materiedeeltjes en energiedeeltjes, daar ze in elkaar kunnen veranderen via onder andere annihilatie. Dit is echter niet van invloed op de totale hoeveelheid energie in een gesloten systeem. De Wet van behoud van energie gaat dus over het behoud van de totale hoeveelheid energie in een geïsoleerd systeem, inclusief rustmassa-energie mc² en alle andere vormen van energie (kinetisch, chemisch, thermisch enzovoorts).

Het behoud van energie E wordt in de mechanica soms weergegeven als

waarin T staat voor kinetische energie, en V voor potentiële energie.

In de thermodynamica staat dit principe bekend als de eerste hoofdwet.

De stelling van Noether bewijst dat bij alle behouden grootheden een continue symmetrie hoort. Bij het behoud van energie hoort tijdsinvariantie.

Geschiedenis[bewerken]

De eerste persoon die de wet van behoud van energie formuleerde was de Duitse arts Julius Robert von Mayer (1814-1878). Door middel van experimenten toonde hij in 1842 aan dat kinetische energie bij volledige omzetting in warmte altijd dezelfde warmtehoeveelheid afgeeft. Hij noemde deze waarde "mechanische equivalent van warmte". Onafhankelijk van Mayer kwam ook James Prescott Joule – wiens werk op dat moment op grote schaal bekend was – tot dezelfde conclusie alsmede andere natuurkundigen en ingenieurs als Ludwig Colding in Denemarken.

Uiteindelijk werd de behoudswet in 1847 vastgelegd door Hermann von Helmholtz. Op 23 juli van dat jaar rapporteerde hij in Berlijn voor het "Physikalisch Gesellschaft" een verhandeling over "Behoud van kracht" en ondersteunde hiermee de wet van behoud van energie. Het verschil met Mayer was dat Helmholtz aantoonde dat mechanische, dierlijke, chemische, elektrische, magnetische en warmte onder één noemer gebracht kon worden: energie. Daarbij verklaarde hij dat de ene vorm van energie niet eindeloos kan worden omgezet in de andere, aangezien bij iedere omzetting altijd een deel als warmte verloren gaat.

De wet van behoud van energie is niet altijd oncontroversieel in de geschiedenis van de natuurkunde geweest. Het bekendste voorbeeld is Niels Bohr, die bij meerdere gelegenheden alleen een statistische (gemiddelde) behoud van energie bij kwantumprocessen bepleitte, zoals in zijn zogenaamde BKS-theorie in 1924 met John C. Slater en Hendrik Kramers. Deze theorie moest de oudere kwantumtheorie verzoenen met de klassieke elektromagnetische veldconceptie. Kort daarna werd de BKS-theorie weerlegd door zowel de experimenten van Arthur Holly Compton als die van Hans Geiger en Walther Bothe, en bevestigde de geldigheid van energiebehoud op kwantumniveau. Later probeerde Bohr, om de wat aanvankelijk raadselachtige kwantumverschijnselen, met slechts statistische geldigheid van energiebehoud te verklaren, zoals bij bètaverval. De hieruit "ontbrekende" energie van de waargenomen vervalproducten werd evenwel door Wolfgang Pauli verklaard door het postuleren van een nieuw, zwak interactief deeltje: het neutrino.

Zie ook[bewerken]

Literatuur[bewerken]

Modern[bewerken]

  • Goldstein, Martin, en Inge F., 1993. The Refrigerator and the Universe. Harvard Univ. Press. Een makkelijke inleiding.
  • Kroemer, Herbert; Kittel, Charles, Thermal Physics (2nd ed.), W. H. Freeman Company, 1980. ISBN 0-7167-1088-9.
  • Nolan, Peter J., Fundamentals of College Physics, 2nd ed., William C. Brown Publishers, 1996.
  • Lanczos, Cornelius, The Variational Principles of Mechanics, University of Toronto Press, Toronto, 1970. ISBN 0-8020-1743-6.
  • Oxtoby & Nachtrieb, Principles of Modern Chemistry, 3rd ed., Saunders College Publishing, 1996.
  • Papineau, D., Thinking about Consciousness, Oxford University Press, Oxford, 2002.
  • Serway, Raymond A.; Jewett, John W., Physics for Scientists and Engineers (6th ed.), Brooks/Cole, 2004. ISBN 0-534-40842-7.
  • Stenger, Victor J. (2000). Timeless Reality. Prometheus Books. Especially chpt. 12. Nontechnical.
  • Tipler, Paul, Physics for Scientists and Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics (5th ed.), W. H. Freeman, 2004. ISBN 0-7167-0809-4.

Geschiedenis[bewerken]

  • Brown, T.M. (1965). Resource letter EEC-1 on the evolution of energy concepts from Galileo to Helmholtz. American Journal of Physics 33: 759–765 . DOI: 10.1119/1.1970980.
  • Cardwell, D.S.L., From Watt to Clausius: The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age, Heinemann, London, 1971. ISBN 0-435-54150-1.
  • Guillen, M., Five Equations That Changed the World, Abacus, New York, 1999. ISBN 0-349-11064-6.
  • Hiebert, E.N., Historical Roots of the Principle of Conservation of Energy, Ayer Co Pub, Madison, Wis., 1981. ISBN 0-405-13880-6.
  • Kuhn, T.S. (1957) “Energy conservation as an example of simultaneous discovery”, in M. Clagett (ed.) Critical Problems in the History of Science pp.321–56
  • (nl) Hooykaas, R.: Geschiedenis der natuurwetenschappen, Utrecht, 1976
  • Mach, E., History and Root of the Principles of the Conservation of Energy, Open Court Pub. Co., IL, 1872.
  • Poincaré, H., Science and Hypothesis, Walter Scott Publishing Co. Ltd; Dover reprint, 1952, 1905. ISBN 0-486-60221-4., Chapter 8, "Energy and Thermo-dynamics"
  • Sarton, G. (1929). The discovery of the law of conservation of energy. Isis 13: 18–49 . DOI: 10.1086/346430.
  • Smith, C., The Science of Energy: Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain, Heinemann, London, 1998. ISBN 0-485-11431-3.

Externe link[bewerken]