énergie

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Présentation

énergie, capacité d'un système à produire un travail. L’énergie est l’un des quatre concepts prédéfinis de la physique, avec la matière, l’espace et le temps (voir espace-temps).

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Principe de la conservation de l’énergie

L'énergie se manifeste sous différentes formes et peut passer d'une forme à une autre, ou se décomposer en plusieurs formes, mais l'énergie totale d’un système isolé demeure constante. En particulier, l’énergie totale de l’Univers est constante, elle ne fait que se transformer ou se propager. Mis en évidence par les physiciens du début du XIX^e siècle, ce principe de la conservation de l'énergie constitue l'une des bases de la physique et résulte de l’homogénéité de l’Univers.

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Niveaux d’énergie et stabilité

L’ensemble des phénomènes physiques sont gérés par des considérations énergétiques : l’évolution spontanée d’un système physique se fera toujours de l’état de plus haute énergie vers un état de plus faible énergie. En effet, pour accéder à un état de plus haute énergie, il faut qu’une énergie supplémentaire soit fournie au système, ce qui ne peut se faire sans l’intervention du milieu extérieur. À l’inverse, le système peut spontanément libérer de l’énergie (par exemple en rayonnant) sans aucune aide extérieure, et se retrouver ainsi dans un état d’énergie plus faible. L’état le plus stable d’un système physique est donc l’état de plus basse énergie, appelé état fondamental du système. Tous les autres états (d’énergies supérieures) sont appelés états excités. Ces états sont pour la plupart instables ; toutefois il existe des états dits métastables, dont l’énergie est supérieure à celle du niveau fondamental. Lorsqu’un système se trouve dans un état métastable, autrement dit un minimum énergétique relatif, il lui faut passer par des états intermédiaires d’énergies supérieures pour atteindre son état fondamental. Ce processus ne peut avoir lieu sans qu’une certaine énergie lui soit préalablement fournie : il est bloqué dans son état métastable. On dit que le système doit franchir une barrière de potentiel pour atteindre son niveau fondamental.

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Formes d’énergie

L'énergie existe sous de multiples formes, notamment mécanique (voir mécanique), thermique (voir thermodynamique), chimique (voir réaction chimique), électrique (voir électricité), rayonnante (voir rayonnement) et nucléaire (voir nucléaire, énergie).