Comment l'énergie est-elle conservée dans un système fermé ?

La loi de conservation de l'énergie est une loi importante de la physique. Fondamentalement, cela dit que si l'énergie peut passer d'un type à un autre, la quantité totale d'énergie ne change pas. Cette loi s'applique uniquement aux systèmes fermés, c'est-à-dire aux systèmes qui ne peuvent pas échanger d'énergie avec leur environnement. L'univers, par exemple, est un système fermé, alors qu'une tasse de café refroidissant lentement sur un plan de travail ne l'est pas.

Si un système peut échanger de l'énergie avec son environnement, ce n'est pas un système fermé et la conservation de l'énergie ne s'applique pas. La Terre, par exemple, n'est pas un système fermé car elle peut à la fois recevoir de la chaleur du soleil et rayonner de la chaleur dans l'espace. Comme il s'agit d'un système ouvert, son énergie totale peut changer. L'univers dans son ensemble est un système fermé car, à notre connaissance, il n'est en contact avec aucun autre système ou univers. Par conséquent, l'énergie totale de l'univers reste inchangée.

L'énergie peut prendre de nombreuses formes différentes. Un objet en mouvement, par exemple, a une énergie cinétique ou une énergie de mouvement. Un objet élevé au-dessus du sol a une énergie potentielle gravitationnelle parce que la gravité tire sur l'objet et le fait « vouloir » tomber. La lumière du soleil est de l'énergie sous forme de rayonnement. Les molécules de votre nourriture ont une énergie potentielle chimique que vous pouvez extraire par digestion, et votre corps a de l'énergie sous la forme la plus évidente de toutes: la chaleur.

Dans l'univers dans son ensemble, l'énergie n'est jamais détruite - elle change simplement de forme. Lorsqu'un rocher tombe, par exemple, le potentiel gravitationnel qu'il possédait en raison de sa hauteur est transformé en énergie cinétique, et lorsqu'il heurte le sol, cette énergie cinétique se transforme en chaleur. Les plantes absorbent les radiations et convertissent l'énergie qu'elles contiennent en énergie potentielle chimique que vous extrayez à votre tour lorsque vous mangez votre nourriture. Une centrale électrique prend l'énergie potentielle chimique du charbon et la transforme en énergie électrique. Dans tous ces scénarios, l'énergie ne fait que changer de forme.

La première loi de la thermodynamique est une autre façon d'énoncer la loi de conservation de l'énergie. Il dit que pour tout système, la variation de son énergie totale est égale à la quantité de travail qu'il effectue moins la quantité d'énergie qui lui est transférée sous forme de chaleur. C'est simplement une autre façon d'expliquer la même idée, car l'énergie du système reste constante à moins qu'il ne reçoive de l'énergie sous forme de travail ou de chaleur.