Kako se v zaprtem sistemu varčuje z energijo?

Zakon o ohranjanju energije je pomemben zakon fizike. V bistvu piše, da medtem ko se energija lahko spremeni iz ene vrste v drugo, se skupna količina energije ne spremeni. Ta zakon velja samo za zaprte sisteme, kar pomeni, da si sistemi ne morejo izmenjevati energije s svojim okoljem. Vesolje je na primer zaprt sistem, medtem ko se kavna skodelica, ki se počasi hladi na pultu, ne.

Če lahko sistem izmenjuje energijo z okolico, to ni zaprt sistem in ohranjanje energije ne velja. Zemlja na primer ni zaprt sistem, ker lahko prejema toploto od sonca in oddaja toploto v vesolje. Ker gre za odprt sistem, se njegova celotna energija lahko spremeni. Vesolje kot celota je zaprt sistem, ker kolikor vemo, ni v stiku z drugimi sistemi ali vesolji. Posledično celotna energija vesolja ostane nespremenjena.

Energija ima lahko različne oblike. Predmet, ki se premika, ima na primer kinetično energijo ali energijo gibanja. Predmet, dvignjen visoko nad zemljo, ima gravitacijsko potencialno energijo, ker gravitacija vleče predmet in povzroči, da "želi" pasti. Sončna svetloba je energija v obliki sevanja. Molekule v vaši hrani imajo kemično potencialno energijo, ki jo lahko pridobite s prebavo, vaše telo pa ima energijo v najbolj očitni obliki - toploti.

V vesolju kot celoti energija nikoli ni uničena - samo spreminja oblike. Ko kamen na primer pade, se gravitacijski potencial, ki ga ima zaradi svoje višine, spremeni v kinetično energijo, in ko udari o tla, se ta kinetična energija spremeni v toploto. Rastline jemljejo sevanje in energijo, ki jo vsebuje, pretvorijo v potencialno kemično energijo, ki jo nato pojeste, ko jeste hrano. Elektrarna prevzame potencialno kemično energijo v premogu in jo spremeni v električno energijo. V vseh teh scenarijih energija samo spreminja oblike.

Prvi zakon termodinamike je še en način, kako določiti zakon o ohranjanju energije. Pravi, da je za kateri koli sistem sprememba njegove celotne energije enaka količini opravljenega dela, zmanjšani za količino energije, ki mu je prenesena kot toplota. To je zgolj še en način razlage iste ideje, ker energija sistema ostaja nespremenjena, razen če prejme energijo v obliki dela ali toplote.