Očuvanje i transformacija energije
Koncept uštede energije
Temeljni zakon koji je primijećen za sve prirodne pojave zahtijeva očuvanje energije - tj. Da se ukupna energija ne mijenja u svim mnogim promjenama koje se događaju u prirodi. Očuvanje energije nije opis bilo kojeg procesa koji se odvija u prirodi, već je izjava da količina koja se zove energija ostaje konstantna bez obzira na to kada se procjenjuje ili koji procesi - moguće uključujući pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi - idite između uzastopnih procjena.
Zakon očuvanja energije primjenjuje se ne samo na prirodu u cjelini, već i na zatvorene ili izolirane sustave unutar prirode. Dakle, ako se granice sustava mogu definirati na takav način da se niti jedna energija ne dodaje ili uklanja iz sustava, tada se energija mora sačuvati unutar tog sustava bez obzira na detalje procesa koji se odvijaju unutar granica sustava. Sljedeća izjava ove izjave zatvorenog sustava je da, kad god je energija sustava koja je određena u dvije uzastopne procjene nije ista, razlika je mjera količine energije koja je dodana ili uklonjena iz sustava u vremenski interval koji protekne između dviju evaluacija.
Energija može postojati u mnogim oblicima unutar sustava i može se pretvoriti iz jednog u drugi oblik unutar ograničenja zakona o očuvanju. Ti različiti oblici uključuju gravitacijsku, kinetičku, toplinsku, elastičnu, električnu, kemijsku, zračnu, nuklearnu i masnu energiju. To ga čini toliko privlačnim i korisnim zbog univerzalne primjenjivosti pojma energije, kao i cjelovitosti zakona njenog očuvanja unutar različitih oblika.
Transformacija energije
Idealan sustav
Jednostavni primjer sustava u kojem se energija pretvara iz jednog u drugi oblik dan je u bacanju kugle mase mase m u zrak. Kada se lopta baci okomito s tla, njena brzina, a time i njena kinetička energija, stalno se smanjuje sve dok se trenutačno ne odmori u najvišoj točki. Tada se okreće unatrag, a njegova brzina i kinetička energija neprestano se povećavaju kako se vraća na zemlju. Kinetička energija E k loptu na trenutak je napustio zemlju (točka 1) bio je pola produkt mase i kvadrata brzine, ili 1 / 2 SN 1 2, a stalno smanjuje na nulu na najvišoj točki (točka 2.). Kako se lopta dizala u zraku, dobivala je gravitacijsku potencijalnu energiju E p. Potencijal u ovom smislu ne znači da energija nije stvarna, već da je pohranjena u nekom latentnom obliku i može se privući da radi. Gravitaciona potencijalna energija je energija koja se skladišti u tijelu zahvaljujući njegovom položaju u gravitacijskom polju. Gravitacijska potencijalna energija mase m promatra se s proizvodom mase, visinom h koja je postignuta u odnosu na neku referentnu visinu i ubrzanjem g tijela koje proizlazi iz Zemljine gravitacije koja se povlači na nju, ili mgh. U trenutku kada je lopta napustila zemlju na visini h 1, njegova potencijalna energija E p1 je mgh 1. U najvišoj je točki njegova potencijalna energija E p2 mgh 2. Primjenjujući zakon očuvanja energije i pretpostavljajući da trenje u zraku nema, one sačinjavaju sljedeće jednadžbe:
U ovom idealiziranom primjeru kinetička energija lopte na razini tla pretvara se u rad na podizanju kugle na h 2 gdje je njena gravitacijska potencijalna energija povećana za mg (h 2 - h 1). Kao što je lopta padne natrag na razini tla h na 1, ova gravitacijska potencijalna energija se pretvara u kinetičku energiju i ukupne energije na sat 1 ponovno je 1 / 2 SN 1 2 + MGH 1. U ovom lancu događaja kinetička energija lopte je nepromijenjena na h 1; stoga je rad koji je na lopti učinio silom gravitacije koja djeluje na nju u ovom ciklusu događaja jednaka nuli. Kaže se da je ovaj sustav konzervativan.
