Pojasnimo, kaj je načelo ohranjanja energije, kako deluje in nekaj praktičnih primerov tega fizikalnega zakona.
Kaj je načelo ohranjanja energije?
Načelo ohranjanja energije oz Zakon o varčevanju z energijo, znan tudi kot prvo načelo termodinamike, pravi, da je skupna količina Energija v izoliranem fizičnem sistemu (to je brez kakršne koli interakcije z drugimi sistemi) bo vedno ostal enak, razen če se pretvori v druge vrste energije.
To je povzeto v načelu, da je energija v vesolje Ne more se niti ustvariti niti uničiti, temveč se le pretvori v druge oblike energije, kot je električna energija v kalorična energija (tako delujejo upori) ali v svetlobni energiji (tako delujejo žarnice). Zato se bo pri izvajanju določenih nalog ali ob prisotnosti določenih kemičnih reakcij zdi, da sta se količina začetne in končne energije spremenila, če ne upoštevamo njenih transformacij.
Po načelu ohranjanja energije bo ob vnašanju določene količine toplote (Q) v sistem ta vedno enaka razliki med povečanjem količine notranje energije (ΔU) plus delo (W) izdelal omenjeni sistem. Na ta način imamo formulo: Q = ΔU + W, iz česar izhaja, da ΔU = Q - W.
To načelo velja tudi za področjekemija, saj bo energija, vključena v kemično reakcijo, vedno ohranjena, tako kotmaso, razen v primerih, ko se slednja pretvori v energijo, kot kaže znamenita formula Alberta Einsteina E = m.c2, kjer je E energija, m masa in c jesvetlobna hitrost. Ta enačba je izjemnega pomena v relativističnih teorijah.
Energija se torej ne izgubi, kot je bilo že rečeno, ampak lahko preneha biti uporabna za opravljanje dela v skladu z drugim zakonom termodinamike:entropija (motnja) sistema se nagiba k povečanju kotvremeZ drugimi besedami, sistemi se neizogibno nagibajo k motnjam.
Delovanje tega drugega zakona v skladu s prvim je tisto, kar preprečuje obstoj izoliranih sistemov, ki ohranjajo svojo energijo za vedno nedotaknjeno (npr. premikanje večna ali vroča vsebina termosice). Da energije ni mogoče ustvariti ali uničiti, ne pomeni, da ostane nespremenjena.
Primeri načela ohranjanja energije
Recimo, da je dekle na toboganu, ki počiva. Nanj deluje samo eden gravitacijska potencialna energijaZato je njegova kinetična energija 0 J. Ko drsi po drsniku, se po drugi strani njegova hitrost povečuje in s tem tudi njegova Kinetična energija, pri izgubi višine pa se zmanjša tudi njegova gravitacijska potencialna energija. Končno doseže polno hitrost tik na koncu tobogana s svojo največjo kinetično energijo. Toda njegova višina se bo zmanjšala in njegova potencialna energija gravitacijska energija bo 0 J. Ena energija se preoblikuje v drugo, vendar bo vsota obeh vedno dala enako količino v opisanem sistemu.
Drug možen primer je delovanje žarnice, ki prejme določeno količino električna energija tako, da aktivirate stikalo in ga pretvorite v svetlobna energija in v toplotni energiji, ko se žarnica segreje. Skupna količina električne, toplotne in svetlobne energije je enaka, vendar se je iz električne pretvorila v svetlobno in toplotno.