การอนุรักษ์พลังงานภายในระบบปิดเป็นอย่างไร?

กฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นกฎฟิสิกส์ที่สำคัญ โดยพื้นฐานแล้ว มันบอกว่าในขณะที่พลังงานสามารถเปลี่ยนจากชนิดหนึ่งเป็นอีกชนิดหนึ่งได้ แต่ปริมาณพลังงานทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลง กฎหมายนี้ใช้เฉพาะกับระบบปิด ซึ่งหมายถึงระบบที่ไม่สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อมได้ ตัวอย่างเช่น จักรวาลเป็นระบบปิด ในขณะที่ถ้วยกาแฟค่อยๆ เย็นลงบนเคาน์เตอร์ไม่ใช่

หากระบบสามารถแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อมได้ แสดงว่าไม่ใช่ระบบปิดและการประหยัดพลังงานจะไม่มีผล ตัวอย่างเช่น โลกไม่ใช่ระบบปิดเพราะสามารถรับความร้อนจากดวงอาทิตย์และแผ่ความร้อนออกสู่อวกาศได้ เนื่องจากเป็นระบบเปิด พลังงานทั้งหมดจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ จักรวาลโดยรวมเป็นระบบปิด เพราะเท่าที่เราทราบ มันไม่ได้ติดต่อกับระบบหรือจักรวาลอื่นใด ดังนั้นพลังงานทั้งหมดของจักรวาลจึงไม่เปลี่ยนแปลง

พลังงานสามารถมีได้หลายรูปแบบ วัตถุที่เคลื่อนที่ เช่น มีพลังงานจลน์หรือพลังงานเคลื่อนที่ วัตถุที่ยกขึ้นสูงเหนือพื้นดินมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงดึงวัตถุและทำให้ "ต้องการ" ตกลงมา แสงจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานในรูปของรังสี โมเลกุลในอาหารของคุณมีพลังงานศักย์ทางเคมี ซึ่งคุณสามารถสกัดได้จากการย่อยอาหาร และร่างกายของคุณมีพลังงานในรูปแบบที่ชัดเจนที่สุด นั่นคือ ความร้อน

ในจักรวาลโดยรวม พลังงานไม่เคยถูกทำลาย มันแค่เปลี่ยนรูปแบบ ตัวอย่างเช่น เมื่อหินตกลงมา ศักย์โน้มถ่วงที่มันครอบครองโดยอาศัยความสูงนั้นจะกลายเป็นพลังงานจลน์ และเมื่อมันกระทบพื้นพลังงานจลน์จะกลายเป็นความร้อน พืชใช้รังสีและแปลงพลังงานที่มีอยู่เป็นพลังงานศักย์เคมีซึ่งคุณจะดึงออกมาเมื่อคุณกินอาหาร โรงไฟฟ้าใช้พลังงานศักย์เคมีในถ่านหินและเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า ในสถานการณ์ทั้งหมดเหล่านี้ พลังงานเป็นเพียงการเปลี่ยนแปลงรูปแบบ

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เป็นอีกวิธีหนึ่งในการระบุกฎการอนุรักษ์พลังงาน มันบอกว่าสำหรับระบบใด ๆ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานทั้งหมดนั้นเท่ากับปริมาณงานที่ทำลบปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังมันเป็นความร้อน นี่เป็นเพียงอีกวิธีหนึ่งในการอธิบายแนวคิดเดียวกัน เพราะพลังงานของระบบยังคงที่เว้นแต่จะได้รับพลังงานในรูปของงานหรือความร้อน