Ενέργεια: το πιο παρεξηγημένο φυσικό μέγεθος

Ένα πρόγραμμα που θα βοηθούσε το μαθητή να κατανοήσει την ενέργεια, θα ξεκινούσε με την διατύπωση της έννοιας της δυναμικής ενέργειας. Η έννοια αυτή προήλθε από την εξής παρατήρηση: ένα σώμα βρίσκεται στο σημείο βαρύτητας και μεταφέρεται από το σημείο Α στο Β. Κατά την μετακίνηση παράγεται έργο που μπορεί να είναι αρνητικό, μηδέν ή θετικό. Αν όμως η μετακίνηση γίνει από ένα δρόμο που περνά από το Γ το παραγόμενο έργο είναι ίσο με το έργο που παράγεται όταν η μετακίνηση γίνεται μέσω του Δ.

Η ανεξάρτησία του έργου από το δρόμο ορίζει τη δυναμική ενέργεια του σώματος στο πεδίο, έτσι ώστε η διαφορά της δυναμικής ενέργειας μεταξύ των Α και Β είναι ίση με το έργο που παράγεται κατά την μετακίνηση μεταξύ του Α και του Β.

Όταν ο μαθητής διδαχθεί την δυναμική ενέργεια θα καταλάβει ότι αυτή η έννοια στηρίζεται στην έννοια του έργου.

Στη συνέχεια μπορεί να διδαχθεί την έννοια της ενέργειας γενικά. Αλλά αυτό πρέπει να γίνει στα πλαίσια της θερμοδυναμικής. Πρέπει να προηγηθεί η διδασκαλία των πειραμάτων του Joule. Γιατί αυτό που βρήκε ο Joule στα πειράματά του είναι ότι όταν παράγουμε έργο 1000 Joule μέσω φτερωτής που κινείται με άλογα, η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται κατά 10 βαθμούς. Όταν παραγάγουμε το ίδιο έργο ηλεκτρικά, παίρνουμε πάλι την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας.

Γενικά, όταν ένα σύστημα κινείται στο χώρο των παραμέτρων του από το σημείο Α στο Β, πρέπει να του αποδόσουμε κάποιο έργο. Αν κινηθεί από το Α στο Β ακολουθώντας όμως διαφορετικό δρόμο, πρέπει να του αποδώσουμε το ίδιο έργο με πριν. Επανεμφανίζεται δηλαδή κάτι ανάλογο του συντηρητικού πεδίου που οδηγεί στη δυναμική ενέργεια.

Το κοινό έργο που πρέπει να αποδώσουμε σε οποιονδήποτε δρόμο που οδηγεί το σύστημα από το Α στο Β ορίζει τη μεταβολή της ενέργειας του συστήματος. Αν το έργο δεν ήταν ανεξάρτητο του δρόμου, η ενέργεια δεν θα μπορούσε να οριστεί.