Hur sparas energi inom ett slutet system?

Lagen om bevarande av energi är en viktig fysiklag. I grund och botten står det att medan energi kan förvandlas från ett slag till ett annat, ändras inte den totala mängden energi. Denna lag gäller endast för slutna system, dvs. system som inte kan utbyta energi med sin miljö. Universum är till exempel ett slutet system, medan en kaffekopp som långsamt svalnar på en bänkskiva inte är det.

Om ett system kan utbyta energi med omgivningen är det inte ett slutet system och energibesparing gäller inte. Jorden är till exempel inte ett slutet system eftersom det både kan ta emot värme från solen och utstråla värme ut i rymden. Eftersom det är ett öppet system kan dess totala energi förändras. Universum som helhet är ett slutet system för så vitt vi vet är det inte i kontakt med andra system eller universum. Följaktligen förblir universums totala energi oförändrad.

Energi kan ta många olika former. Ett objekt som rör sig har till exempel kinetisk energi eller rörelseenergi. Ett föremål som höjs högt över marken har gravitationspotentialenergi eftersom tyngdkraften drar i föremålet och får det att "vilja" falla. Ljus från solen är energi i form av strålning. Molekylerna i din mat har kemisk potentiell energi som du kan extrahera genom matsmältningen, och din kropp har energi i den mest uppenbara formen av allt - värme.

I universum som helhet förstörs aldrig energi - det förändrar bara former. När en sten faller till exempel förvandlas den gravitationspotential som den har på grund av sin höjd till kinetisk energi, och när den slår i marken blir kinetisk energi till värme. Växter tar strålning och omvandlar den energi den innehåller till kemisk potentiell energi som du i sin tur extraherar när du äter maten. Ett kraftverk tar kemisk potentiell energi i kol och gör den till elektrisk energi. I alla dessa scenarier förändras energi bara former.

Den första lagen om termodynamik är ett annat sätt att ange lagen om bevarande av energi. Det står att för alla system är förändringen i dess totala energi lika med mängden arbete det gör minus den mängd energi som överförs till det som värme. Detta är bara ett annat sätt att förklara samma idé, eftersom energin i systemet förblir konstant såvida det inte får energi i form av antingen arbete eller värme.