閉鎖系内でエネルギーはどのように節約されますか？

エネルギー保存の法則は重要な物理法則です。 基本的に、エネルギーはある種類から別の種類に変わることができますが、エネルギーの総量は変化しないと言われています。 この法則は、閉鎖系、つまり環境とエネルギーを交換できないシステムにのみ適用されます。 たとえば、宇宙は閉鎖系ですが、カウンタートップでゆっくりと冷えるコーヒーカップはそうではありません。

システムが周囲とエネルギーを交換できる場合、それは閉鎖系ではなく、エネルギー保存は適用されません。 たとえば、地球は太陽から熱を受け取り、宇宙に熱を放射することができるため、閉鎖系ではありません。 オープンシステムであるため、その総エネルギーは変化する可能性があります。 私たちが知る限り、宇宙は他のシステムや宇宙と接触していないため、宇宙は全体として閉鎖系です。 その結果、宇宙の総エネルギーは変わりません。

エネルギーはさまざまな形をとることができます。 たとえば、動いているオブジェクトには、運動エネルギーまたは運動エネルギーがあります。 地面から高く持ち上げられた物体は、重力が物体を引っ張って落下させているため、重力ポテンシャルエネルギーを持っています。 太陽からの光は、放射線の形のエネルギーです。 あなたの食物の分子はあなたが消化を通して抽出することができる化学ポテンシャルエネルギーを持っています、そしてあなたの体はすべての最も明白な形でエネルギーを持っています-熱。

宇宙全体では、エネルギーが破壊されることはなく、形が変わるだけです。 たとえば、岩が落下すると、その高さによって持つ重力ポテンシャルが運動エネルギーに変わり、地面にぶつかると、その運動エネルギーが熱に変わります。 植物は放射線を受け取り、そこに含まれるエネルギーを化学ポテンシャルエネルギーに変換します。化学ポテンシャルエネルギーは、食べ物を食べるときに抽出されます。 発電所は石炭の化学ポテンシャルエネルギーを取り、それを電気エネルギーに変換します。 これらすべてのシナリオで、エネルギーは形を変えているだけです。

熱力学の第1法則は、エネルギー保存の法則を述べるもう1つの方法です。 どのシステムでも、その総エネルギーの変化は、それが行う仕事の量から熱としてシステムに伝達されるエネルギーの量を引いたものに等しいと言われています。 システムのエネルギーは、仕事または熱のいずれかの形でエネルギーを受け取らない限り一定のままであるため、これは同じ考えを説明するための単なる別の方法です。