Bagaimana Kekekalan Energi Dalam Sistem Tertutup?

Hukum kekekalan energi adalah hukum fisika yang penting. Pada dasarnya, dikatakan bahwa sementara energi dapat berubah dari satu jenis menjadi jenis lain, jumlah total energi tidak berubah. Hukum ini hanya berlaku untuk sistem tertutup, artinya sistem yang tidak dapat bertukar energi dengan lingkungannya. Alam semesta, misalnya, adalah sistem tertutup, sedangkan cangkir kopi yang perlahan mendingin di atas meja tidak.

Jika suatu sistem dapat bertukar energi dengan lingkungannya, itu bukan sistem tertutup dan kekekalan energi tidak berlaku. Bumi, misalnya, bukanlah sistem tertutup karena dapat menerima panas dari matahari dan memancarkan panas ke luar angkasa. Karena ini adalah sistem terbuka, energi totalnya dapat berubah. Alam semesta secara keseluruhan adalah sistem tertutup karena sejauh yang kita ketahui, ia tidak berhubungan dengan sistem atau alam semesta lain. Akibatnya energi total alam semesta tetap tidak berubah.

Energi dapat mengambil banyak bentuk yang berbeda. Sebuah benda yang bergerak, misalnya, memiliki energi kinetik atau energi gerak. Sebuah benda yang diangkat tinggi di atas tanah memiliki energi potensial gravitasi karena gravitasi menarik benda tersebut dan menyebabkannya “ingin” jatuh. Cahaya dari matahari merupakan energi dalam bentuk radiasi. Molekul dalam makanan Anda memiliki energi potensial kimia yang dapat Anda ekstrak melalui pencernaan, dan tubuh Anda memiliki energi dalam bentuk yang paling jelas -- panas.

Di alam semesta secara keseluruhan, energi tidak pernah dimusnahkan -- energi hanya berubah bentuk. Ketika sebuah batu jatuh, misalnya, potensi gravitasi yang dimilikinya karena ketinggiannya berubah menjadi energi kinetik, dan ketika menabrak tanah energi kinetik itu berubah menjadi panas. Tumbuhan mengambil radiasi dan mengubah energi yang dikandungnya menjadi energi potensial kimia yang kemudian Anda ekstrak saat Anda memakan makanan Anda. Sebuah pembangkit listrik mengambil energi potensial kimia dalam batubara dan mengubahnya menjadi energi listrik. Dalam semua skenario ini, energi hanya berubah bentuk.

Hukum Pertama Termodinamika adalah cara lain untuk menyatakan hukum kekekalan energi. Dikatakan bahwa untuk sistem apa pun, perubahan energi totalnya sama dengan jumlah kerja yang dilakukan dikurangi jumlah energi yang ditransfer ke sistem itu sebagai panas. Ini hanyalah cara lain untuk menjelaskan ide yang sama, karena energi sistem tetap konstan kecuali menerima energi dalam bentuk kerja atau panas.