Energi

SI og tilhørende enheter

SI-enheten for både energi og arbeid er joule (J), til ære for James Prescott Joule og hans eksperimenter rundt mekaniske varmeekvivalenter. 1 joule er det samme som 1 newton-meter eller 1 kg m² s⁻².
En energienhet som brukes i partikkelfysikk er elektronvolt (eV). Det er energien som tilføres et elektron, proton eller annen partikkel med elementærladning når den flytter seg i et elektrisk felt mellom to punkter med spenningsforskjell på 1 V. 1 eV  = 1.602176462×10⁻¹⁹ J. 
Det er verd å merke seg at dreiemoment, som gjerne måles i newton-meter (Nm), har samme dimensjon som energi. Det er ingen tilfeldighet, for et dreiemoment på 1 Nm anvendt over en vinkel på 1 radian (57,2957... grader) krever en energi på nøyaktig 1 Nm = 1 J.

Andre energienheter

I CGS-systemet er energienheten erg = g cm² s⁻² som er lik 10⁻⁷ J. En annen utdatert metrisk enhet er liter-atmosfære (= 101.325 J).
Britisk/Amerikanske enheter for både energi og arbeid er både foot-pound (1.3558 J), og British thermal unit (Btu) som har ulike verdier rundt 1055 J, og hestekraft-timer (2.6845 MJ).
Energienheten som brukes til daglig, spesielt på strømregningen, er kilowattimer (kWh). En kWh er lik 3,6×10⁶ J (eller 3600 kJ eller 3,6 MJ).
Kalori er den tradisjonelle energienheten innenfor næringsmidler og er varmeenergien som trengs for å varme opp ett gram vann 1 grad celsius (eller mer korrekt 1 kelvin) ved et trykk på 1 atm. Varmemengden avhenger av starttemperaturen på vannet. Derfor varierer kalorienheten litt, men ligger på ca. 4,186 J. Det er vanlig å oppgi matvarers energiinnhold pr. 100 g vare. F.eks. har 100 g helmelk typisk energiinnholdet 66 kcal = 277 kJ (eller 0,277 MJ/kg).

Varme

Varme er energimengden som er knyttet til en temperaturendring eller faseendring (smelting/fordampning og størkning/kondensasjon). I kjemi er en opptatt av varme som forbrukes eller frigjøres gjennom kjemiske reaksjoner. Forholdet mellom varme og energi har en parallell til forholdet mellom arbeid og energi. Varme strømmer fra områder med "høy" temperatur til områder med "lav" temperatur. Alle objekter har en viss mengde intern energi som er knyttet til de tilfeldige bevegelsene av atomene og molekylene. Denne energien en positivt korrelert til temperaturen i objektet. For hver fase er sammenhengen tilnærmet lineær.
Når to objekter kommer i termisk kontakt, vil de utveksle varme helt til temperaturene er like. Mengden av energi overført er mengden av energi utvekslet. Det er vanlig å forveksle varme med intern energi, men det er en viss forskjell: Endringen i intern energi er summen av varme tilført og arbeid utført fra omgivelsene.

Energibevarelse

Energiprinsippet eller som det også kalles termodynamikkens første hovedsetning sier at energien som tilføres et system er lik energien som avgis fra systemet pluss energiendringen i systemet. Denne loven brukes i alle deler av fysikken. Noethers theorem relaterer energibevarelse til tidsinvariansen av fysiske lover som for eksempel formulert ved bruk av Lagrange-mekanikk.

Energi som tilstandsvariabel

Energi er en karakteristisk egenskap for et systems tilstand. Hvis systemets komponenter endrer sammenstilling som så senere gjenopprettes, så vil systemet ha samme energi som i utgangspunktet. For at dette skal være oppfylt, må alle influerende krefter være konservative. Det betyr at kreftene er funksjoner av enkeltkomponenters posisjoner og ikke noe annet. Når energi blir borte fra systemet, er dette forårsaket av «ikke-konservative krefter». Typisk eksempel på slike er friksjon.

Kjemisk energi

Kjemisk energi er en type potensiell energi relatert til den strukturelle sammensettingen av atomer eller molekyler. Denne sammensetningen kan komme av kjemiske bindinger i for eksempel et molekyl. Kjemisk energi i et stoff kan omformes til andre former for energi gjennom en kjemisk reaksjon. For eksempel ved forbrenning blir den kjemiske energien omgjort til varme, og det same er tilfellet med fordøying av mat i biologiske organismer. Grønne planter omformer solenergi til kjemisk energi gjennom en prosess fotosyntese, og elektrisk energi kan omformes til kjemiske energi gjennom elektrokjemiske reaksjoner.
Begrepet kjemisk potensial blir brukt innenfor kjemien for å indikere potensialet et stoff har for å gjennomgå en kjemisk reaksjon. Den indre energi for et kjemisk stoff  består av kinetisk energi knyttet til bevegelsene av molekyler samt potensiell energi knyttet til rotasjoner og vibrasjoner av atomene som molekylene består av. Indre energi er en målbar tilstandsvariabel for et system.

Nukleær potensiell energi

Nukleær, potensiell energi er den potensielle energien til kjernepartikler i en atomkjerne, der enkelte av partiklene har elektrisk lading. Denne formen for potensiell energi er forskjellig fra de to andre elektriske potensielle energiformene, på den måten at de ladde partiklene er det ekstremt nært hverandre. Kjernepartiklene er knytt samen av sterke nukleære krefter. Svake nukleære krefter gir den potensielle energien for visse typer av radioaktiv nedbryting, slik som betanedbryting.
Kjernepartikler som protoner og nøytroner blir ikke ødelagt i fisjon- og fusjonsprosesser, men samlinger av dem har mindre masse enn de individuelle partiklene hver for seg, denne masseforskjellen blir frigitt som varme og stråling i kjernereaksjoner. Energien fra Solen, altså solenergi, er et eksempel på denne formen for energiomforming. I Solen fusjonerer hydrogen og rundt 4 millioner tonn av solens masse blir transformert til lys hvert sekund. Lyset stråler ut i verdensrommet i alle retninger.