כיצד ניתן לחסוך באנרגיה במערכת סגורה?

חוק שימור האנרגיה הוא חוק חשוב בפיזיקה. ביסודו של דבר, כתוב שאמנם אנרגיה יכולה להפוך מסוג אחד לאחר, אך כמות האנרגיה הכוללת אינה משתנה. חוק זה חל רק על מערכות סגורות, כלומר מערכות שאינן יכולות להחליף אנרגיה עם סביבתן. היקום, למשל, הוא מערכת סגורה ואילו כוס קפה לאט מתקררת על השיש.

אם מערכת יכולה להחליף אנרגיה עם סביבתה, היא אינה מערכת סגורה ושמירת אנרגיה אינה חלה. כדור הארץ, למשל, אינו מערכת סגורה מכיוון שהיא יכולה גם לקבל חום מהשמש וגם להקרין חום לחלל. מכיוון שמדובר במערכת פתוחה, האנרגיה הכוללת שלה יכולה להשתנות. היקום בכללותו הוא מערכת סגורה מכיוון שככל הידוע לנו, הוא אינו בקשר עם מערכות או יקומים אחרים. כתוצאה מכך האנרגיה הכוללת של היקום נותרה ללא שינוי.

אנרגיה יכולה ללבוש צורות רבות ושונות. לאובייקט שנע, למשל, יש אנרגיה קינטית או אנרגיית תנועה. לאובייקט המונף גבוה מעל פני האדמה יש אנרגיה פוטנציאלית של כוח משיכה מכיוון שכוח המשיכה מושך את האובייקט וגורם לו "לרצות" ליפול. אור מהשמש הוא אנרגיה בצורת קרינה. למולקולות במזון יש אנרגיה פוטנציאלית כימית שתוכלו להפיק באמצעות העיכול, ולגופכם יש אנרגיה בצורה הברורה מכולן - חום.

ביקום בכללותו, אנרגיה לעולם אינה נהרסת - היא רק משנה צורות. כאשר סלע נופל, למשל, הפוטנציאל הכבידתי שברשותו מתוקף גובהו הופך לאנרגיה קינטית, וכאשר הוא פוגע בקרקע שהאנרגיה הקינטית הופכת לחום. צמחים לוקחים קרינה וממירים את האנרגיה שהיא מכילה באנרגיה פוטנציאלית כימית שאותה אתה מציל כשאת אוכלת את האוכל שלך. תחנת כוח לוקחת אנרגיה פוטנציאלית כימית בפחם והופכת אותה לאנרגיה חשמלית. בכל התרחישים הללו, האנרגיה רק ​​משנה צורות.

החוק הראשון של התרמודינמיקה הוא דרך נוספת לקבוע את חוק שימור האנרגיה. זה אומר שעבור כל מערכת, השינוי באנרגיה הכוללת שלה שווה לכמות העבודה שהיא עושה פחות כמות האנרגיה המועברת אליה כחום. זו רק דרך נוספת להסביר את אותו רעיון, מכיוון שהאנרגיה של המערכת נשארת קבועה אלא אם כן היא מקבלת אנרגיה בצורה של עבודה או חום.