Πώς εξοικονομείται ενέργεια σε κλειστό σύστημα;

Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας είναι ένας σημαντικός νόμος της φυσικής. Βασικά, λέει ότι ενώ η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί από το ένα είδος στο άλλο, η συνολική ποσότητα ενέργειας δεν αλλάζει. Αυτός ο νόμος ισχύει μόνο για κλειστά συστήματα, δηλαδή συστήματα που δεν μπορούν να ανταλλάξουν ενέργεια με το περιβάλλον τους. Το σύμπαν, για παράδειγμα, είναι ένα κλειστό σύστημα, ενώ ένα φλιτζάνι καφέ αργά ψύχεται σε πάγκο.

Εάν ένα σύστημα μπορεί να ανταλλάξει ενέργεια με το περιβάλλον του, δεν είναι κλειστό σύστημα και δεν ισχύει η εξοικονόμηση ενέργειας. Η Γη, για παράδειγμα, δεν είναι κλειστό σύστημα επειδή μπορεί να δέχεται θερμότητα από τον ήλιο και να εκπέμπει θερμότητα στο διάστημα. Δεδομένου ότι είναι ένα ανοιχτό σύστημα, η συνολική του ενέργεια μπορεί να αλλάξει. Το σύμπαν στο σύνολό του είναι ένα κλειστό σύστημα γιατί, όσο γνωρίζουμε, δεν έρχεται σε επαφή με άλλα συστήματα ή σύμπαντα. Κατά συνέπεια, η συνολική ενέργεια του σύμπαντος παραμένει αμετάβλητη.

Η ενέργεια μπορεί να πάρει πολλές διαφορετικές μορφές. Ένα αντικείμενο που κινείται, για παράδειγμα, έχει κινητική ενέργεια ή ενέργεια κίνησης. Ένα αντικείμενο που υψώνεται ψηλά πάνω από το έδαφος έχει δυναμική ενέργεια βαρύτητας επειδή η βαρύτητα τραβάει το αντικείμενο και το κάνει να «θέλει» να πέσει. Το φως από τον ήλιο είναι ενέργεια με τη μορφή ακτινοβολίας. Τα μόρια στα τρόφιμα σας έχουν χημική δυνητική ενέργεια που μπορείτε να εξαγάγετε μέσω της πέψης και το σώμα σας έχει ενέργεια με την πιο προφανή μορφή όλων - θερμότητας.

Στο σύμπαν συνολικά, η ενέργεια δεν καταστρέφεται ποτέ - αλλάζει μόνο μορφές. Όταν πέφτει ένας βράχος, για παράδειγμα, το βαρυτικό δυναμικό που κατέχει λόγω του ύψους του μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια και όταν χτυπά το έδαφος, η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα. Τα φυτά παίρνουν ακτινοβολία και μετατρέπουν την ενέργεια που περιέχει σε ενέργεια χημικού δυναμικού που με τη σειρά της εκχυλίζετε όταν τρώτε το φαγητό σας. Ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας λαμβάνει χημική ενέργεια σε άνθρακα και τη μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε όλα αυτά τα σενάρια, η ενέργεια αλλάζει απλώς μορφές.

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής είναι ένας άλλος τρόπος για να δηλωθεί ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας. Λέει ότι για οποιοδήποτε σύστημα, η αλλαγή στη συνολική της ενέργεια είναι ίση με την ποσότητα εργασίας που κάνει μείον την ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται σε αυτήν ως θερμότητα. Αυτός είναι απλώς ένας άλλος τρόπος για να εξηγήσουμε την ίδια ιδέα, διότι η ενέργεια του συστήματος παραμένει σταθερή, εκτός εάν λαμβάνει ενέργεια με τη μορφή εργασίας ή θερμότητας.