Един от основните закони на Вселената е, че енергията нито се създава, нито се унищожава - тя само променя формите. Следователно съществуват много формули за енергия. За да разберем как тези формули са изрази на едно и също нещо, важно е първо да разберем какво имат предвид физиците, когато говорят за енергия. Това е понятие, вкоренено в концепциите на класическата физика, изяснени от сър Исак Нютон.
Формулата за енергията на движението е:
KE = 0,5 \ пъти m \ пъти v ^ 2
където KE е кинетична енергия в джаули, m е маса в килограми и v е скорост в метри в секунда.
Сила и работа
Трите закона на движение на Нютон формират основата за класическата физика. Първият закон определя силата като тази, която предизвиква движение, а вторият закон свързва силата, действаща върху даден обект, с ускорението, което той претърпява. Ако сила (F) ускори тялото през разстояние (d), то извършва работа (W), равна на силата умножено по разстоянието по коефициент, който отчита ъгъла между тях (θ, гръцката буква тета). Като математически израз това означава:
W = Fd \ cos {\ theta}
Метричните единици за сила са нютони, тези за разстояние са метри, а тези за работа са нютонметри или джаули. Енергията е способността за извършване на работа и се изразява в джаули.
Кинетична и потенциална енергия
Обектът в движение притежава енергията си на движение, която е еквивалентна на работата, която би била необходима, за да го спре. Това се нарича неговата кинетична енергия и зависи от квадрата на скоростта на обекта (v), както и от половината от неговата маса (m). Обект в покой в гравитационното поле на Земята притежава потенциална енергия поради височината си; ако падаше свободно, щеше да придобие кинетична енергия, равна на тази потенциална енергия. Потенциалната енергия зависи от масата на обекта, неговата височина (h) и ускорението поради гравитацията (g). Математически това е:
PE = mgh
Електрическа енергия
Изчисляването на енергията в електрическите системи зависи от количеството ток, протичащ през a проводник (I) в ампери, както и върху електрическия потенциал или напрежение (V), задвижващ тока, в волта. Умножаването на тези два параметъра дава мощността на електричеството (P) във ватове и умножаването на P по времето по време на което електричеството протича (t) за секунди дава количеството електрическа енергия в системата, в джаули. Математическият израз за електрическа енергия в проводяща верига е:
E_e = Pt = VIt
Според тази връзка, оставянето на 100-ватова крушка, изгаряща за една минута, изразходва 6000 джаула енергия. Това е еквивалентно на количеството кинетична енергия, която би имал 1-килограмов камък, ако го изпуснете от височина 612 метра (пренебрегвайки въздушното триене).
Някои други форми на енергия
Светлината, която виждаме, е електромагнитно явление, което има енергия благодарение на вибрациите на пакетите вълни, наречени фотони. Германският физик Макс Планк определи, че енергията на фотона е пропорционална на честотата (f), с която той вибрира и той изчислява константата на пропорционалност (h), която се нарича константа на Планк в неговата чест. По този начин изразът за енергията на фотона е:
E_p = hf
Според Теорията на относителността на Алберт Айнщайн, всяка частица от материята има присъща потенциална енергия, пропорционална на масата на частицата и квадрата на скоростта на светлината (c). Съответният израз е:
E_m = mc ^ 2
Изчисленията на Айнщайн бяха потвърдени от развитието на атомната бомба.