Konservasi dan transformasi energi
Konsep konservasi energi
Sebuah hukum fundamental yang telah dipegangi berlaku untuk semua fenomena alam membutuhkan konservasi energi — yaitu, bahwa energi total tidak berubah dalam semua banyak perubahan yang terjadi di alam. Konservasi energi bukanlah deskripsi dari proses apa pun yang terjadi di alam, melainkan pernyataan bahwa kuantitas yang disebut energi tetap konstan terlepas dari kapan dievaluasi atau proses apa — mungkin termasuk transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya— berlangsung di antara evaluasi berturut-turut.
Hukum kekekalan energi diterapkan tidak hanya pada alam secara keseluruhan tetapi pada sistem tertutup atau terisolasi di dalam alam juga. Jadi, jika batas-batas suatu sistem dapat didefinisikan sedemikian rupa sehingga tidak ada energi yang ditambahkan atau dihilangkan dari sistem, maka energi harus dilestarikan dalam sistem itu terlepas dari perincian proses yang terjadi di dalam batas-batas sistem. Akibat wajar dari pernyataan sistem tertutup ini adalah bahwa setiap kali energi dari suatu sistem sebagaimana ditentukan dalam dua evaluasi berturut-turut tidak sama, perbedaannya adalah ukuran jumlah energi yang telah ditambahkan atau dihilangkan dari sistem dalam sistem. Interval waktu berlalu antara dua evaluasi.
Energi dapat ada dalam berbagai bentuk dalam suatu sistem dan dapat dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lain dalam batasan hukum konservasi. Bentuk-bentuk yang berbeda ini meliputi gravitasi, kinetik, termal, elastis, listrik, kimia, radiasi, nuklir, dan energi massa. Ini adalah penerapan universal konsep energi, serta kelengkapan hukum konservasi dalam berbagai bentuk, yang membuatnya sangat menarik dan berguna.
Transformasi energi
Sistem yang ideal
Sebuah contoh sederhana dari sebuah sistem di mana energi dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lain disediakan dalam melemparkan bola dengan massa m ke udara. Ketika bola terlempar secara vertikal dari tanah, kecepatannya dan dengan demikian energi kinetiknya berkurang dengan mantap sampai akhirnya beristirahat sejenak di titik tertinggi. Kemudian membalikkan dirinya sendiri, dan kecepatan serta energi kinetiknya meningkat dengan stabil saat kembali ke tanah. Energi kinetik E k bola di instan itu meninggalkan tanah (titik 1) adalah setengah produk massa dan kuadrat kecepatan, atau 1 / 2 mv 1 2, dan terus menurun ke nol pada titik tertinggi (poin 2). Ketika bola naik di udara, ia memperoleh energi potensial gravitasi Ep. Potensi dalam pengertian ini tidak berarti bahwa energi itu tidak nyata tetapi lebih tepatnya disimpan dalam bentuk laten dan dapat dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan. Energi potensial gravitasi adalah energi yang disimpan dalam tubuh berdasarkan posisinya di medan gravitasi. Energi potensial gravitasi dari suatu m diamati untuk diberikan oleh produk dari massa, ketinggian h yang diperoleh relatif terhadap beberapa ketinggian referensi, dan percepatan g benda yang dihasilkan dari gravitasi bumi yang menariknya, atau mgh. Pada saat bola meninggalkan tanah pada ketinggian h 1 energi potensial E p1 adalah mgh 1. Pada titik tertinggi, energi potensial E p2 adalah mgh 2. Menerapkan hukum kekekalan energi dan dengan asumsi tidak ada gesekan di udara, ini menambah hingga membentuk persamaan berikut:
Dalam contoh ideal ini, energi kinetik bola di permukaan tanah diubah menjadi kerja dalam menaikkan bola ke h 2 di mana energi potensial gravitasinya meningkat sebesar mg (h 2 - h 1). Seperti bola jatuh kembali ke tingkat dasar h 1, energi potensial gravitasi ini dikonversi kembali menjadi energi kinetik dan energi total di h 1 lagi adalah 1 / 2 mv 1 2 + mgh 1. Dalam rantai peristiwa ini, energi kinetik bola tidak berubah pada jam 1; dengan demikian pekerjaan yang dilakukan pada bola oleh gaya gravitasi yang bekerja padanya dalam siklus peristiwa ini adalah nol. Sistem ini dikatakan konservatif.
