Como a energia é conservada em um sistema fechado?

A lei da conservação de energia é uma lei importante da física. Basicamente, ele diz que, embora a energia possa passar de um tipo para outro, a quantidade total de energia não muda. Esta lei se aplica apenas a sistemas fechados, ou seja, sistemas que não podem trocar energia com seu ambiente. O universo, por exemplo, é um sistema fechado, enquanto uma xícara de café resfriando lentamente em uma bancada não é.

Se um sistema pode trocar energia com seu entorno, não é um sistema fechado e a conservação de energia não se aplica. A Terra, por exemplo, não é um sistema fechado porque pode receber calor do sol e irradiar calor para o espaço. Por ser um sistema aberto, sua energia total pode mudar. O universo como um todo é um sistema fechado porque, pelo que sabemos, não está em contato com nenhum outro sistema ou universo. Consequentemente, a energia total do universo permanece inalterada.

A energia pode assumir muitas formas diferentes. Um objeto que se move, por exemplo, tem energia cinética ou energia de movimento. Um objeto elevado acima do solo tem energia potencial gravitacional porque a gravidade está puxando o objeto e fazendo com que ele "queira" cair. A luz do sol é energia na forma de radiação. As moléculas em sua comida têm energia potencial química que você pode extrair por meio da digestão, e seu corpo tem energia na forma mais óbvia de todas - calor.

No universo como um todo, a energia nunca é destruída - ela apenas muda de forma. Quando uma pedra cai, por exemplo, o potencial gravitacional que possuía em virtude de sua altura se transforma em energia cinética e, quando atinge o solo, essa energia cinética se transforma em calor. As plantas recebem radiação e convertem a energia que ela contém em energia potencial química que você, por sua vez, extrai quando se alimenta. Uma usina de energia pega a energia potencial química do carvão e a transforma em energia elétrica. Em todos esses cenários, a energia está apenas mudando de forma.

A Primeira Lei da Termodinâmica é outra maneira de estabelecer a lei da conservação de energia. Ele diz que, para qualquer sistema, a mudança em sua energia total é igual à quantidade de trabalho que ele realiza menos a quantidade de energia transferida para ele na forma de calor. Esta é apenas outra maneira de explicar a mesma ideia, porque a energia do sistema permanece constante, a menos que receba energia na forma de trabalho ou calor.