Hvordan spares energi inden for et lukket system?

Loven om bevarelse af energi er en vigtig fysiklov. Dybest set siger det, at mens energi kan blive fra en slags til en anden, ændres den samlede mængde energi ikke. Denne lov gælder kun for lukkede systemer, hvilket betyder systemer, der ikke kan udveksle energi med deres miljø. Universet er for eksempel et lukket system, mens en kaffekop, der langsomt afkøles på en bordplade, ikke er det.

Hvis et system kan udveksle energi med sine omgivelser, er det ikke et lukket system, og energibesparelse gælder ikke. Jorden er for eksempel ikke et lukket system, fordi det både kan modtage varme fra solen og udstråle varme ud i rummet. Da det er et åbent system, kan dets samlede energi ændre sig. Universet som helhed er et lukket system, for så vidt vi ved, er det ikke i kontakt med andre systemer eller universer. Derfor forbliver universets samlede energi uændret.

Energi kan tage mange forskellige former. Et objekt, der bevæger sig, har for eksempel kinetisk energi eller bevægelsesenergi. En genstand hævet højt over jorden har tyngdepotentialenergi, fordi tyngdekraften trækker i genstanden og får den til at "ønske" at falde. Lys fra solen er energi i form af stråling. Molekylerne i din mad har kemisk potentiel energi, som du kan udvinde gennem fordøjelsen, og din krop har energi i den mest oplagte form af alt - varme.

I universet som helhed ødelægges aldrig energi - det ændrer bare former. Når en sten f.eks. Falder, omdannes det tyngdepotentiale, den besidder i kraft af sin højde, til kinetisk energi, og når den rammer jorden, bliver kinetisk energi til varme. Planter tager stråling og omdanner den energi, den indeholder, til kemisk potentiel energi, som du igen udvinder, når du spiser din mad. Et kraftværk tager kemisk potentiel energi i kul og gør det til elektrisk energi. I alle disse scenarier ændrer energi bare former.

Den første lov om termodynamik er en anden måde at fastslå loven om bevarelse af energi. Det siger, at for ethvert system er ændringen i dets samlede energi lig med den mængde arbejde, den udfører minus den mængde energi, der overføres til det som varme. Dette er blot en anden måde at forklare den samme idé på, fordi systemets energi forbliver konstant, medmindre den modtager energi i form af enten arbejde eller varme.