ساده ترین تعریف انرژی «ظرفیت انجام کار» است. انرژی نحوه تغییر و حرکت اشیا است. همه جا در اطراف ما وجود دارد و انواع و اقسام اشکال را به خود می گیرد. برای پختن غذا، رانندگی به مدرسه و پریدن در هوا انرژی لازم است. انرژی برای تکامل اشکال حیات روی زمین مورد نیاز است. انواع مختلفی از انرژی وجود دارد - گرما، الکتریکی، شیمیایی، هسته ای و غیره.
قانون بقای انرژی بیان می کند که انرژی نه می تواند ایجاد شود و نه از بین برود، بلکه ممکن است از شکلی به شکل دیگر تغییر یابد. اگر تمام اشکال انرژی را در نظر بگیرید، انرژی کل یک سیستم ایزوله همیشه ثابت می ماند.
این بدان معناست که در یک سیستم منزوی مانند جهان، اگر در قسمتی از آن انرژی از دست برود، باید به مقدار مساوی انرژی در بخشی دیگر از جهان به دست آید. انرژی تغییر شکل می دهد، اما مقدار کل انرژی در جهان ثابت می ماند.
هنگامی که ما از انرژی استفاده می کنیم، از بین نمی رود، بلکه از شکلی به انرژی دیگر تبدیل می شود. به عنوان مثال، موتور خودرو بنزین را می سوزاند و انرژی شیمیایی موجود در بنزین را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. مثال خوب دیگری از قانون بقای انرژی سلول های خورشیدی است که انرژی تابشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
هنگامی که ما تبدیل انرژی را در زندگی روزمره خود مشاهده می کنیم، ممکن است به نظر برسد که انرژی دائما از بین می رود. مثلاً اگر توپ فوتبال را در امتداد زمین بزنیم، انرژی جنبشی به توپ می دهیم. برای مدتی می چرخد اما در نهایت متوقف می شود. بیایید در نظر بگیریم که چه اتفاقی ممکن است برای انرژی جنبشی توپ بیفتد. همانطور که توپ می غلتد، به زمین ساییده می شود. مقداری از انرژی جنبشی در نتیجه اصطکاک به گرما تبدیل می شود. مقداری از انرژی توپ نیز به انرژی صوتی تبدیل می شود که با حرکت توپ می توانید آن را بشنوید. اگرچه توپ انرژی جنبشی را از دست می دهد، اما مقدار کلی انرژی در جهان کاهش نمی یابد. توپ انرژی خود را از دست می دهد اما این انرژی به نقاط دیگر جهان منتقل می شود. انرژی حفظ می شود؛ نه می توان آن را ایجاد کرد و نه از بین برد. اگرچه در بسیاری از موارد ممکن است به نظر برسد که انرژی به دست می آید یا از دست می رود، اما در واقع فقط در شکل تغییر می کند.
بقای انرژی تعادل انرژی در کیهان است. هنگامی که یک توپ فوتبال ضربه می زند، مقدار مشخصی انرژی توسط ضربه منتقل می شود. توپ به مقدار مساوی انرژی به دست می آورد که بیشتر به صورت انرژی جنبشی است. با این حال، انرژی جنبشی توپ کاهش می یابد زیرا مقداری از آن انرژی به انرژی صوتی و گرما از اصطکاک بین توپ و زمین تبدیل می شود. طبق قانون بقای انرژی، مقدار انرژی که یک بازیکن فوتبال با ضربه زدن به توپ می دهد برابر با انرژی است که توپ به دست می آورد. به نوبه خود، انرژی که توپ از دست می دهد برابر با مقدار انرژی است که به عنوان انرژی صوتی و گرما با کاهش سرعت توپ به جهان منتقل می شود.
به طور کلی انرژی را می توان به دو دسته کلی دسته بندی کرد:
انرژی می تواند اشکال مختلفی داشته باشد. در اینجا چند نمونه آورده شده است
واحد استاندارد اندازه گیری انرژی ژول است که به اختصار J نامیده می شود. برخی دیگر از واحدهای اندازه گیری انرژی استفاده می شود - کیلووات ساعت، کالری، نیوتن متر، حرارت و فوت پوند.
انتقال انرژی زمانی صورت می گیرد که انرژی از مکانی به مکان دیگر منتقل شود. انرژی می تواند از یک جسم به جسم دیگر حرکت کند، مانند زمانی که انرژی پای متحرک شما به توپ فوتبال منتقل می شود یا انرژی می تواند از شکلی به شکل دیگر تغییر کند. هنگامی که انرژی موجود در باتری برای تامین انرژی یک دستگاه الکترونیکی استفاده می شود، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود که در طول سیم ها حرکت می کند. انرژی می تواند از طریق نور، صدا و گرما منتقل شود.
انرژی می تواند به صورت نور منتقل شود - انرژی نور تنها شکلی از انرژی است که می توانیم ببینیم. نور خورشید به رشد گیاهان کمک می کند و برای ما غذا درست می کند. انرژی خورشید همچنین سلول های خورشیدی را تامین می کند که می توان از آنها برای تولید برق استفاده کرد.
انرژی را می توان به صورت صدا منتقل کرد - کنسرت های بلند، گروه های راهپیمایی یا موسیقی با صدای بلند که از بلندگوها پخش می شود، گاهی اوقات انرژی کافی تولید می کنند که می توانید ارتعاشات را در بدن خود احساس کنید. انرژی صوتی زمانی منتقل می شود که یک موج صوتی از منبع خود مانند یک طبل به جسم دیگر منتقل شود. اگر صدا به اندازه کافی بلند باشد، امواج ارتعاشات بسیار شدیدی ایجاد می کنند که می توانید در قفسه سینه خود احساس کنید.
انرژی می تواند به صورت گرما منتقل شود - وقتی کنار آتش می نشینید، می توانید گرما را احساس کنید که بدن شما را گرم می کند. گرما می تواند از اجسام گرم به اجسام سردتر منتقل شود.
برخی از نمونه های رایج قانون بقای انرژی به شرح زیر است
یکی از نتایج جالب قانون بقای انرژی این است که به این معنی است که ماشین های حرکت دائمی از نوع اول امکان پذیر نیستند. به عبارت دیگر، یک سیستم باید یک منبع تغذیه خارجی داشته باشد تا به طور مداوم انرژی نامحدودی را به محیط اطراف خود برساند.
