Nous expliquons ce que sont la matière et l’énergie, les caractéristiques de chacune et comment elles ont été étudiées. Aussi, la relation entre les deux.
Que sont la matière et l’énergie ?
Notre univers tout entier est composé de matière et d’énergie , sous leurs multiples formes, présentations et capacités. En fait, les deux disciplines de base avec lesquelles nous essayons de comprendre les lois fondamentales qui la régissent, la physique et la chimie , traitent des relations entre ces deux éléments : la substance qui compose les choses et sa capacité à transférer de la chaleur ou à effectuer un travail .
D’un point de vue intuitif, nous comprenons la matière comme ce que nous pouvons toucher, qui est concret et occupe une place dans l’univers . Par contre, l’énergie est intouchable , qui n’est perçue que dans ses différentes manifestations : chaleur, lumière , mouvement , etc. Les choses qui nous entourent ont à la fois leur propre masse et une quantité variable d’énergie, dépendant largement de l’état dans lequel elles se trouvent.
Ce sont deux concepts fondamentaux, étroitement liés l’un à l’autre, entre lesquels il existe certaines équivalences. Par exemple, il est possible de transformer la masse en énergie , ce qui se produit quotidiennement à l’intérieur des étoiles , par le biais de réactions nucléaires intenses, ou à l’intérieur de nos propres organismes , lorsque nous décomposons la nourriture que nous mangeons et en extrayons de l’énergie chimique pour nous maintenir en vie.
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La matière
La matière est définie comme ce qui s’étend dans une certaine région de l’espace-temps , qui a une certaine quantité d’énergie et qui est sujette à des changements dans le temps. Son nom vient du latin mater , « mère », puisqu’elle est la substance matricielle des choses, c’est-à-dire ce qui les engendre ou les compose.
En général, la physique attribue trois traits ou propriétés fondamentaux à la matière :
- Il a une certaine masse , qui se traduit par un poids , un volume et des dimensions quantifiables.
- Il occupe une place dans l’espace , qui ne peut être occupée en même temps par un autre corps.
- Elle perdure dans le temps , mais pas forcément de la même manière : la glace est bien de la matière, et elle ne cesse pas de l’être lorsqu’elle fond ou lorsque l’eau qui la compose s’évapore. Ces changements dans son état physique (ou état d’agrégation de matière ) dépendent de la quantité d’énergie qu’il possède.
L’étude du sujet remonte à l’Antiquité classique et a occupé de nombreux penseurs et philosophes à travers l’histoire. En fait, ce sont les anciens Grecs qui ont formulé pour la première fois la théorie atomistique , c’est-à-dire qui pensaient que la matière pouvait être constituée de minuscules particules indivisibles de différentes sortes.
Cette idée fut relancée bien plus tard, dans le boom rationaliste du XVIIe siècle, et fut fondamentale dans le domaine d’étude de la chimie, héritière à son tour de l’ alchimie médiévale .
Selon les modèles d’études de physique actuels, seulement environ 5% de l’univers appréciable est constitué de matière ordinaire , tandis que la soi-disant » matière noire » dont le fonctionnement est encore inconnu, en occupe 23%. Cette dernière est supposée être une forme de matière non massive, c’est-à-dire dépourvue de masse, dont la présence ne peut être pressentie que par la manière dont elle affecte les étoiles et l’énergie qui les entoure.
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Énergie
En physique, l’énergie est définie comme la capacité de faire un travail, c’est-à-dire d’agir, de surgir ou de se mettre en mouvement . Absolument tous les corps possèdent une certaine quantité d’énergie, liée à leur état de repos, de mouvement ou de vibration par exemple, mais qui se manifeste de manière très différente.
Ainsi, on peut parler de plusieurs types d’énergie : énergie calorifique , énergie chimique , énergie cinétique , énergie électrique , énergie potentielle , énergie interne, etc.
Le mot énergie vient du grec enérgeia , « activité », terme apparu pour la première fois dans les écrits d’Aristote (384-322 av. J.-C.) au IVe siècle av. C., et repris par les naturalistes modernes et médiévaux tardifs.
On lui a donné bien d’autres noms au cours de l’histoire, comme « force vive » ( vis viva ), « puissance » ou encore « esprit », selon le contexte. C’est en grande partie parce que l’étude des différents types d’énergie est née séparément, alors que de plus en plus de formes d’énergie ont été découvertes dans l’univers.
L’énergie peut généralement être perçue dans ses diverses manifestations, puisque dans l’abstrait ce n’est pas quelque chose de perceptible. Au lieu de cela, la chaleur, la lumière, le mouvement ou l’activité peuvent être vus à l’œil nu, et leurs effets sur la matière peuvent être étudiés sans difficulté. Ainsi, l’énergie deviendrait une grandeur physique, que l’on peut mesurer sous ses différentes apparences .
Nous devons également considérer que la quantité d’énergie dans le système tend à être constante, de sorte qu’elle ne peut être ni créée ni détruite, seulement transformée . En fait, elle est en transformation continue tout le temps : l’énergie chimique stockée dans les aliments est convertie en énergie mécanique lorsque nous nous déplaçons, ou en énergie électrique dans notre système nerveux .
De même, l’énergie électrique de la prise est convertie en énergie lumineuse lorsque l’on allume la lampe, ou en énergie calorifique grâce au chauffe-eau.
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Matière et énergie
Les relations entre la matière et l’énergie font l’objet d’études par les physiciens depuis des siècles. Nous savons qu’une modification des niveaux d’énergie de la matière affecte sa forme et son état d’agrégation , ce que nous avons vérifié depuis que nous l’avons appris lors de la fusion des métaux.
Plus tard, la connaissance de la chimie nous a permis de mieux comprendre comment transformer la matière : ne plus changer la configuration de ses particules, mais rompre les liaisons entre les atomes et obtenir différentes substances.
En fait, la plus grande réalisation de l’humanité à cet égard a été la découverte de l’énergie atomique et sa manipulation à des fins pacifiques , c’est-à-dire dans la construction de centrales énergétiques dans lesquelles des atomes lourds sont fusionnés pour générer de grandes quantités d’énergie thermique. .
Tout cela a été possible grâce aux théories d’Albert Einstein (1879-1955) et d’autres physiciens importants, et notamment sa formule d’équivalence entre masse et énergie (E = mc 2 ), connue sous le nom de Théorie de la Relativité .
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