Nyckelkoncept:
* Stängt system: Ett system där ingen fråga kan komma in eller lämna, men energi kan bytas ut med omgivningen.
* Energi: Förmågan att göra arbete. Det finns i olika former (t.ex. kinetisk, potential, värme, ljus).
* bevarande: Energi kan inte skapas eller förstöras, bara omvandlas från en form till en annan.
Hur energi bevaras:
1. Energiomvandling: Inom ett stängt system ändrar energi ständigt former. Till exempel:
* Mekanisk energi: En boll som rullar ner en kulle omvandlar sin potentiella energi (på grund av dess höjd) till kinetisk energi (på grund av dess rörelse).
* Värmeenergi: Friktion genererar värme när två ytor gnider mot varandra och omvandlar kinetisk energi till termisk energi.
* kemisk energi: Brinnande bränsle frigör kemisk energi som värme och ljus.
2. Intern energi: Den totala energin inom ett stängt system kallas dess inre energi. Det är summan av alla olika former av energi närvarande.
* Den första lagen i termodynamik säger att förändringen i ett systems interna energi (ΔU) är lika med värmen som läggs till systemet (q) minus arbetet som görs av systemet (w): ΔU =q - w
* Om arbetet görs * på * Systemet är W negativt och ökar den inre energin.
* Om arbetet utförs * av * systemet är W positivt och minskar inre energi.
3. Ingen energiförlust: Medan energin förvandlas förblir den totala mängden energi i det stängda systemet alltid konstant. Detta innebär att den energi som förloras från en form måste erhållas av en annan form.
Exempel:
Föreställ dig en förseglad behållare med en studsande boll. Bollen har kinetisk energi (rörelse) och potentiell energi (position relativt behållarens botten).
* När bollen studsar förlorar den kinetisk energi när den stiger (omvandlar den till potentiell energi).
* När den når toppen är dess potentiella energi maximal och kinetisk energi är noll.
* När det faller omvandlas potentiell energi tillbaka till kinetisk energi.
* När den träffar botten går lite energi förlorad som värme på grund av friktion. Denna värme absorberas av behållaren och luften i det stängda systemet.
Sammantaget, även med energidransformationer och förluster på grund av friktion, förblir den totala energin (inre energi) inom den förseglade behållaren konstant.
Viktiga anteckningar:
* I verkliga scenarier är perfekt stängda system svåra att uppnå. Viss energi kan undkomma som sund eller strålning.
* Bevarande av energi är en grundläggande princip som gäller för alla fysiska processer. Det har omfattande konsekvenser inom olika områden, inklusive teknik, kemi och astrofysik.
