Prawo zachowania energii jest ważnym prawem fizyki. Zasadniczo mówi, że chociaż energia może zamieniać się z jednego rodzaju w inny, całkowita ilość energii się nie zmienia. To prawo dotyczy tylko systemów zamkniętych, czyli takich, które nie mogą wymieniać energii ze swoim otoczeniem. Wszechświat jest na przykład systemem zamkniętym, podczas gdy filiżanka kawy powoli stygnąca na blacie nie jest.
Systemy
Jeśli system może wymieniać energię z otoczeniem, nie jest to system zamknięty i nie ma tu zastosowania zasada zachowania energii. Na przykład Ziemia nie jest układem zamkniętym, ponieważ może zarówno odbierać ciepło od Słońca, jak i promieniować w kosmos. Ponieważ jest to system otwarty, jego całkowita energia może się zmienić. Wszechświat jako całość jest systemem zamkniętym, ponieważ, o ile wiemy, nie styka się z żadnymi innymi systemami czy wszechświatami. W konsekwencji całkowita energia wszechświata pozostaje niezmieniona.
Formy energii
Energia może przybierać różne formy. Na przykład obiekt, który się porusza, ma energię kinetyczną lub energię ruchu. Obiekt uniesiony wysoko nad ziemią ma potencjalną energię grawitacyjną, ponieważ grawitacja przyciąga obiekt i powoduje, że „chce” upaść. Światło słoneczne to energia w postaci promieniowania. Cząsteczki w twoim jedzeniu mają chemiczną energię potencjalną, którą możesz wydobyć poprzez trawienie, a twoje ciało ma energię w najbardziej oczywistej formie ze wszystkich – w cieple.
Konwersja energii
We wszechświecie jako całości energia nigdy nie ulega zniszczeniu – po prostu zmienia formy. Na przykład, gdy skała spada, potencjał grawitacyjny, który posiadała dzięki swojej wysokości, zamienia się w energię kinetyczną, a gdy uderza w ziemię, energia kinetyczna zamienia się w ciepło. Rośliny pobierają promieniowanie i przekształcają zawartą w nim energię w chemiczną energię potencjalną, którą z kolei pozyskujesz podczas jedzenia. Elektrownia pobiera chemiczną energię potencjalną z węgla i zamienia ją w energię elektryczną. We wszystkich tych scenariuszach energia po prostu zmienia formy.
Pierwsze Prawo
Pierwsza zasada termodynamiki to kolejny sposób na określenie prawa zachowania energii. Mówi, że dla każdego systemu zmiana jego całkowitej energii jest równa ilości wykonanej pracy minus ilość energii przekazanej do niego jako ciepło. Jest to po prostu inny sposób wyjaśnienia tej samej idei, ponieważ energia systemu pozostaje stała, chyba że otrzymuje energię w postaci pracy lub ciepła.