كيف يتم حفظ الطاقة في نظام مغلق؟

قانون الحفاظ على الطاقة هو قانون مهم في الفيزياء. في الأساس ، تقول أنه بينما يمكن أن تتحول الطاقة من نوع إلى آخر ، فإن المقدار الإجمالي للطاقة لا يتغير. ينطبق هذا القانون فقط على الأنظمة المغلقة ، أي الأنظمة التي لا يمكنها تبادل الطاقة مع بيئتها. الكون ، على سبيل المثال ، نظام مغلق ، بينما فنجان القهوة الذي يبرد ببطء على سطح العمل ليس كذلك.

إذا كان بإمكان نظام ما تبادل الطاقة مع محيطه ، فهو ليس نظامًا مغلقًا ولا ينطبق الحفاظ على الطاقة. الأرض ، على سبيل المثال ، ليست نظامًا مغلقًا لأنها يمكن أن تتلقى الحرارة من الشمس وتشع الحرارة في الفضاء. نظرًا لأنه نظام مفتوح ، يمكن أن تتغير طاقته الإجمالية. الكون ككل هو نظام مغلق لأنه على حد علمنا ليس على اتصال مع أي أنظمة أو أكوان أخرى. وبالتالي ، فإن الطاقة الكلية للكون تظل دون تغيير.

يمكن أن تتخذ الطاقة أشكالًا مختلفة. الجسم المتحرك ، على سبيل المثال ، لديه طاقة حركية أو طاقة حركة. الجسم المرتفع عالياً فوق الأرض له طاقة وضع الجاذبية لأن الجاذبية تسحب الجسم وتتسبب في "الرغبة" في السقوط. ضوء الشمس هو طاقة في شكل إشعاع. تحتوي الجزيئات الموجودة في طعامك على طاقة كيميائية كامنة يمكنك استخلاصها من خلال الهضم ، ويمتلك جسمك طاقة في أوضح صورة على الإطلاق - الحرارة.

في الكون ككل ، لا يتم تدمير الطاقة أبدًا - إنها فقط تغير أشكالها. عندما تسقط صخرة ، على سبيل المثال ، فإن إمكانات الجاذبية التي تمتلكها بسبب ارتفاعها تتحول إلى طاقة حركية ، وعندما تصطدم بالأرض تتحول الطاقة الحركية إلى حرارة. تأخذ النباتات الإشعاع وتحول الطاقة التي تحتويها إلى طاقة كيميائية كامنة تستخلصها بدورها عند تناول طعامك. تأخذ محطة توليد الطاقة الطاقة الكامنة الكيميائية في الفحم وتحولها إلى طاقة كهربائية. في كل هذه السيناريوهات ، تعمل الطاقة فقط على تغيير أشكالها.

القانون الأول للديناميكا الحرارية هو طريقة أخرى لتوضيح قانون الحفاظ على الطاقة. تقول أنه بالنسبة لأي نظام ، فإن التغيير في طاقته الإجمالية يساوي مقدار العمل الذي يقوم به مطروحًا منه كمية الطاقة المنقولة إليه كحرارة. هذه مجرد طريقة أخرى لشرح نفس الفكرة ، لأن طاقة النظام تظل ثابتة ما لم يتلق الطاقة في شكل عمل أو حرارة.