miniatura|Un foguete espacial posúe unha gran cantidade de enerxía química (no combustible) pronta a se utilizar en canto espera na rampla. Cando o combustíbel se queima, esta enerxía transfórmase en calor (outra forma de enerxía) e tamén en enerxía cinética debido a que os gases de escape producidos impelen o foguete para arriba. En física, a enerxía (do grego antigo ἐνέργεια enérgeia, ‘actividade’ ‘operación’; de ἐνεργóς energós, ‘forza de acción’ o ‘forza de traballo’) é todo aquilo que pode transformarse en calor, traballo mecánico (movemento) ou radiación electromagnética como a luz mediante procesos físicos. Isto pode ocorrer de xeito natural e espontáneo ou grazas a unha máquina (por exemplo motor, caldeira, refrixerador, altofalante, lámpada) ou tamén a un organismo vivo (por exemplo os músculos) etc. En rigor é un concepto fundamental, aceptado pola física sen definición.
A enerxía é unha cantidade conservada: a lei de conservación da enerxía establece que a enerxía pode converterse de forma, pero non crearse nin destruírse. A unidade de medida da enerxía no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J).
As formas de enerxía inclúen a enerxía cinética dun obxecto en movemento, a enerxía potencial almacenada por un obxecto (por exemplo, debido á súa posición nun campo), a enerxía elástica almacenada nun obxecto sólido, a enerxía química asociada ás reaccións químicas, a enerxía radiante transportada pola radiación electromagnética, a enerxía interna contida nun sistema termodinámico e a enerxía de repouso asociada á masa en repouso dun obxecto. Estas non son mutuamente excluíntes.
Todos os organismos vivos absorben e liberan enerxía constantemente. Os procesos do clima e os ecosistemas da Terra están impulsados principalmente pola enerxía radiante do sol. A industria enerxética proporciona a enerxía necesaria para o funcionamento da civilización humana, que obtén de recursos enerxéticos tales como combustibles fósiles, combustibles nucleares e enerxías renovables.
Así pois, o concepto de enerxía é un dos conceptos esenciais da física. Nado no século XIX, pódese atopar en todas as disciplinas da Física (mecánica, termodinámica, electromagnetismo, mecánica cuántica etc.), así como noutras disciplinas, particularmente na química.
Historia miniatura|Thomas Young, a primeira persoa que utilizou o termo "enerxía" no sentido moderno. A palabra enerxía deriva do grego ἐνέργεια enérgeia, romanizado energeia lit 'actividade, operación', que posiblemente aparece por primeira vez na obra de Aristóteles no século IV a. C. A diferenza da definición moderna, energeia era un concepto filosófico cualitativo, o suficientemente amplo como para incluír ideas como a felicidade e o pracer.
A finais do século XVII, Leibniz propuxo a idea da vis viva, ou forza viva, que definiu como o produto da masa dun obxecto pola súa velocidade ao cadrado; cría que a vis viva total conservábase. Para explicar a retardación debida á fricción, Leibniz teorizó que a enerxía térmica consistía no movemento aleatorio das partes constituíntes da materia, aínda que pasaría máis dun século ata que isto se aceptase de forma xeneralizada. O análogo moderno desta propiedade, a enerxía cinética, difire da vis viva só por un factor de dous.
A principios do século XVIII, Émilie du Châtelet propuxo o concepto de conservación da enerxía nas notas marxinais da súa tradución ao francés da obra de Newton “”Principia Mathematica“”, que representou a primeira formulación dunha cantidade medible conservada que era distinta do momentum e que máis tarde se denominaría "enerxía".
En 1807, Thomas Young foi posiblemente o primeiro en utilizar o termo "enerxía" en lugar de vis viva, no seu sentido moderno. Gustave-Gaspard Coriolis describiu en 1829 a enerxía cinética no seu sentido moderno, e en 1853, William Rankine acuñou o termo enerxía potencial. A lei de conservación da enerxía tamén se postulou por primeira vez a principios do século XIX, e aplícase a calquera sistema illado. Durante algúns anos discutiuse se a calor era unha substancia física, o que se denominou calórico, ou simplemente unha cantidade física, como o momento. En 1845 James Prescott Joule descubriu a relación entre o traballo mecánico e a xeración de calor.
Estes avances conduciron á teoría da conservación da enerxía, formalizada en gran medida por William Thomson (Lord Kelvin) como o campo da termodinámica. A termodinámica axudou ao rápido desenvolvemento das explicacións dos procesos químicos por parte de Rudolf Clausius, Josiah Willard Gibbs e Walther Nernst. Tamén conduciu á formulación matemática do concepto de entropía por Clausius e á introdución das leis da enerxía radiante por Josef Stefan. Segundo o teorema de Noether, a conservación da enerxía é unha consecuencia do feito de que as leis da física non cambian co tempo. Así, desde 1918, os teóricos comprenderon que a lei de conservación da enerxía é a consecuencia matemática directa da simetría traslacional da magnitude conxugada á enerxía, é dicir, o tempo.
Definición científica O concepto científico de enerxía só pode entenderse mediante a análise de dúas entidades ou sistemas físicos en interacción. Cando dous sistemas físicos interactúan entre si, prodúcense cambios en ambos os sistemas. A interacción entre sistemas físicos naturais prodúcese, segundo os resultados empíricos, sempre de forma moi regular, de modo que un cambio específico nun deles sempre vai acompañado dun cambio moi específico no outro, aínda que estes cambios poden ser de natureza moi diferente ou mesmo completamente distinta.As regularidades observadas na natureza exprésanse na ciencia mediante o establecemento das denominadas leis científicas. No que se refire á forma en que dúas entidades físicas interactúan entre si, na procura da correcta correlación entre os cambios observados nos sistemas, viuse a necesidade de establecer, para o correcto cumprimento da tarefa, non só unha, senón dúas magnitudes físicas primarias independentes, cada unha asociada a unha lei de conservación propia, leis estas inherentes a “'todos”' os sistemas físicos e que, combinadas, permiten a correcta descrición dos mesmos. Estas magnitudes físicas denomínanse enerxía e momento lineal, e as leis científicas que as rexen denomínanse, respectivamente, lei de conservación da enerxía e lei de conservación do momento lineal. Mentres que o momento é unha magnitude vectorial, a súa contraparte aquí descrita é unha magnitude escalar.
A relación existente entre a enerxía e o momento dun ente físico determinado denomínase relación de dispersión, e é vital no contexto de calquera teoría sobre a dinámica da materia e a enerxía (mecánica clásica, relatibidade, mecánica cuántica, etc.). Na mecánica clásica, para partículas masivas, a enerxía depende do cadrado do momento ; para os fotóns, a enerxía é directamente proporcional ao momento transportado por estes . As magnitudes físicas importantes defínense a partir da relación de dispersión presentada por un ente dado, por exemplo a masa.Eisberg, Robert; Resnick, Robert - Física Quântica , Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas - 13.ª ediçión - Editorial Campus - Rio de Janeiro - ISBN 85-7001-309-4 miniatura|esquerda|Relación de dispersión para unha partícula clásica. En todos os modelos dinámicos, o momento P e a enerxía E defínense de xeito que cumpran as leis xerais de conservación. Como as transformacións observadas nun sistema teñen naturezas moi diversas, que van desde un simple cambio nas velocidades das partículas do sistema ata un rearranxo completo das posicións espaciais das partículas que interactúan unhas con respecto ás outras e mesmo dun sistema enteiro en relación con outro, para cada transformación defínese a forma de determinar o valor da magnitude de enerxía asociada a ela, facendo esta definición sempre de maneira que os cambios observados neste caso descríbanse por unha variación de enerxía igual en módulo á determinada para as variacións de enerxía asociadas a todos os demais cambios relacionados, e de maneira que se garanta que a enerxía total dos sistemas en interacción consérvense sempre.
A enerxía asociada ao movemento dos corpos ou partículas denomínase enerxía cinética, e demóstrase que, nos casos contemplados pola física clásica, debe determinarse mediante a expresión: . A enerxía asociada a entidades físicas que interactúan entre si debido exclusivamente ás posicións espaciais que ocupan unhas respecto doutras denominase enerxía potencial. A forma de calculala determínase de acordo coa natureza da interacción entre eles. Cando a interacción é de natureza gravitacional, por exemplo a interacción entre o satélite e a Terra, a enerxía potencial asociada recibe o nome de enerxía potencial gravitacional, e neste caso calcúlase adecuadamente mediante a expresión: , onde G é a constante da gravitación universal, h a altura do satélite, RT o radio da Terra, m a masa do satélite e MT a masa da Terra. Obsérvese a dependencia explícita da enerxía con respecto á posición do satélite en relación coa Terra, representada adecuadamente pola distancia (RT+h) do satélite ao centro do planeta, e coas masas da Terra e do satélite, o que reflicte o feito de que se trata dunha interacción de natureza gravitacional (onde a masa atrae á masa). Se a natureza é eléctrica, tense enerxía potencial eléctrica; se é elástica (lei de Hooke), tense enerxía potencial elástica, e así sucesivamente, definindo sempre unha forma axeitada de calcular a enerxía asociada para que sempre se cumpra a lei de conservación da enerxía, independentemente da natureza dos cambios relacionados ou dos sistemas en interacción.
No contexto da interacción entre sistemas, é fundamental falar dunha entidade física moi presente ao abordar este tema, sobre todo cando se trata de enerxía potencial: o campo. Introducido inicialmente por Michael Faraday na física, xorde como unha mera simplificación matemática xunto coa solución de problemas prácticos, pero co avance da tecnoloxía, comprobouse que o campo é en realidade máis que iso, chegando nos paradigmas modernos a gañar o posto de entidade física real. O feito empírico que leva á necesidade do concepto de campo que media a interacción entre sistemas é que, para un observador externo aos sistemas que interactúan, un cambio nun sistema non sempre vai acompañado inmediatamente polo cambio correspondente no outro sistema. Existe un lapso de tempo experimentalmente verificable e medible entre os dous cambios que obriga a revisar o concepto de acción a distancia que prevalecía nas primeiras teorías sobre as interaccións entre os entes físicos, como na gravitación universal de Newton. Se a enerxía se vincula directamente aos cambios observados no sistema, é evidente que a enerxía do primeiro sistema diminúe antes de que aumente a enerxía do segundo sistema, o que en principio violaría durante este lapso de tempo a lei de conservación da enerxía. Con todo, os resultados dos experimentos modernos demostran que esta enerxía propagase literalmente polo espazo entre os dous sistemas, estando asociada ao campo físico responsable da interacción entre eles. A velocidade á que se propaga esta enerxía no baleiro é, en realidade, calquera que sexa o referencial (inercial) adoptado, a maior velocidade admisible pola natureza para calquera entidade física, coñecida en física pola letra c. Hoxe en día, o valor desta velocidade está definido con exactitude, sendo c = 299 792 458 metros por segundo, e as definicións de metro derívanse del.