Cum se conservă energia într-un sistem închis?

Legea conservării energiei este o lege importantă a fizicii. Practic, se spune că, deși energia se poate transforma dintr-un fel în altul, cantitatea totală de energie nu se schimbă. Această lege se aplică numai sistemelor închise, adică sistemele care nu pot face schimb de energie cu mediul lor. Universul, de exemplu, este un sistem închis, în timp ce o ceașcă de cafea care se răcește încet pe un blat nu este.

Dacă un sistem poate face schimb de energie cu împrejurimile sale, nu este un sistem închis și conservarea energiei nu se aplică. Pământul, de exemplu, nu este un sistem închis, deoarece poate primi atât căldură de la soare, cât și radia căldură în spațiu. Deoarece este un sistem deschis, energia sa totală se poate schimba. Universul în ansamblu este un sistem închis, deoarece, din câte știm, nu este în contact cu alte sisteme sau universuri. În consecință, energia totală a universului rămâne neschimbată.

Energia poate lua multe forme diferite. Un obiect care se mișcă, de exemplu, are energie cinetică sau energie de mișcare. Un obiect ridicat deasupra solului are energie potențială gravitațională, deoarece gravitația atrage obiectul și îl face să „dorească” să cadă. Lumina de la soare este energie sub formă de radiații. Moleculele din alimentele tale au energie potențială chimică pe care o poți extrage prin digestie, iar corpul tău are energie în cea mai evidentă formă dintre toate - căldura.

În univers ca întreg, energia nu este niciodată distrusă - doar schimbă formele. Când o piatră cade, de exemplu, potențialul gravitațional pe care îl posedă în virtutea înălțimii sale se transformă în energie cinetică, iar atunci când lovește solul, energia cinetică se transformă în căldură. Plantele iau radiații și transformă energia pe care o conține în energie potențială chimică pe care o extragi la rândul tău atunci când îți mănânci mâncarea. O centrală electrică preia energie potențială chimică în cărbune și o transformă în energie electrică. În toate aceste scenarii, energia este doar schimbarea formelor.

Prima lege a termodinamicii este un alt mod de a enunța legea conservării energiei. Se spune că, pentru orice sistem, schimbarea energiei sale totale este egală cu cantitatea de muncă pe care o face minus cantitatea de energie care i se transferă sub formă de căldură. Acesta este doar un alt mod de a explica aceeași idee, deoarece energia sistemului rămâne constantă, cu excepția cazului în care primește energie fie sub formă de muncă, fie de căldură.