Ako sa šetrí energia v uzavretom systéme?

Zákon zachovania energie je dôležitý fyzikálny zákon. V zásade sa hovorí, že zatiaľ čo sa energia môže zmeniť z jedného druhu na druhý, celkové množstvo energie sa nemení. Tento zákon sa vzťahuje iba na uzavreté systémy, to znamená na systémy, ktoré si nemôžu vymieňať energiu so svojím prostredím. Vesmír je napríklad uzavretý systém, zatiaľ čo šálka kávy pomaly ochladzujúca na doske nie.

Ak systém dokáže vymieňať energiu s okolím, nejde o uzavretý systém a úspora energie sa neuplatňuje. Napríklad Zem nie je uzavretý systém, pretože môže jednak prijímať teplo zo slnka, jednak vyžarovať teplo do vesmíru. Pretože je to otvorený systém, môže sa meniť jeho celková energia. Vesmír ako celok je uzavretý systém, pretože pokiaľ vieme, nie je v kontakte so žiadnymi inými systémami alebo vesmírmi. V dôsledku toho zostáva celková energia vesmíru nezmenená.

Energia môže mať mnoho rôznych podôb. Napríklad objekt, ktorý sa pohybuje, má kinetickú energiu alebo energiu pohybu. Objekt vyvýšený vysoko nad zemou má gravitačnú potenciálnu energiu, pretože gravitácia tiahne na predmet a spôsobuje, že „chce“ spadnúť. Svetlo zo slnka je energia vo forme žiarenia. Molekuly vo vašej potrave majú chemickú potenciálnu energiu, ktorú môžete extrahovať trávením, a vaše telo má energiu v tej najzrejmejšej forme - v teple.

Vo vesmíre ako celku sa energia nikdy nezničí - iba mení formy. Napríklad pri páde skaly sa gravitačný potenciál, ktorý vlastnila na základe svojej výšky, premení na kinetickú energiu a pri dopade na zem sa kinetická energia zmení na teplo. Rastliny berú žiarenie a premieňajú energiu, ktorú obsahuje, na chemickú potenciálnu energiu, ktorú naopak získavate, keď jete jedlo. Elektráreň berie chemickú potenciálnu energiu z uhlia a premieňa ju na elektrickú energiu. Vo všetkých týchto scenároch energia iba mení formy.

Prvý zákon termodynamiky je ďalším spôsobom, ako uviesť zákon zachovania energie. Hovorí sa v ňom, že pre každý systém sa zmena jeho celkovej energie rovná množstvu vykonanej práce mínus množstvo energie prenesenej doň ako teplo. Toto je iba ďalší spôsob vysvetlenia tej istej myšlienky, pretože energia systému zostáva konštantná, pokiaľ neprijíma energiu vo forme práce alebo tepla.