valitse Tekstitaso:
energiaa ei voi luoda eikä tuhota, mikä tarkoittaa, että maailmankaikkeuden kokonaisenergiamäärä on aina ollut ja tulee aina olemaan vakio. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että energia olisi muuttumatonta, vaan se voi muuttaa muotoaan ja jopa siirtyä kappaleiden välillä.
arkielämässä yleinen esimerkki energiansiirrosta on liike—energiaan liittyvän liike—energian siirto yhdestä liikkuvasta kohteesta paikallaan pysyvään kappaleeseen työn kautta. Fysiikassa työ on energian siirron mitta, ja sillä tarkoitetaan kappaleen kaukaa kohdistamaa voimaa. Kun golfmailaa heilutetaan ja se osuu paikallaan olevaan golfpalloon, osa mailan liike-energiasta siirtyy palloon mailan tehdessä” työtä ” pallolla. Tällaisessa energian siirrossa energia siirtyy kohteesta toiseen, mutta pysyy samassa muodossa. Liike-energian siirto on helppo havaita ja ymmärtää, mutta muita tärkeitä siirtoja ei ole yhtä helppo hahmottaa.
lämpöenergia liittyy systeemin sisäenergiaan sen lämpötilan vuoksi. Kun ainetta kuumennetaan, sen lämpötila nousee, koska sen muodostamat molekyylit liikkuvat nopeammin ja saavat lämpöenergiaa lämmönsiirron kautta. Lämpötilalla mitataan kohteen ”kuumuuden” tai ”kylmyyden” astetta,ja termillä lämpö viitataan lämpöenergian siirtymiseen kuumemmasta systeemistä viileämpään. Lämpöenergian siirtoja tapahtuu kolmella tavalla: johtumisen, konvektion ja säteilyn kautta.
kun lämpöenergia siirtyy toistensa kanssa kosketuksiin joutuvien naapurimolekyylien välillä, Tätä kutsutaan johtumiseksi. Jos metallilusikka laitetaan kattilaan, jossa on kiehuvaa vettä, jopa pää, joka ei koske veteen, kuumenee hyvin. Näin tapahtuu, koska metalli on tehokas johdin, eli lämpö kulkee materiaalin läpi helposti. Lusikan päässä olevien molekyylien värähtelyt, jotka koskettavat vettä, leviävät koko lusikkaan, kunnes kaikki molekyylit värähtelevät nopeammin (ts., koko lusikka kuumenee). Jotkin materiaalit, kuten puu ja muovi, eivät ole hyviä johtimia—lämpö ei helposti kulje näiden materiaalien läpi—ja ne tunnetaan sen sijaan eristeinä.
konvektiota esiintyy vain nesteissä, kuten nesteissä ja kaasuissa. Kun vettä keitetään liedellä, kattilan pohjalla olevat vesimolekyylit ovat lähimpänä lämmönlähdettä ja saavat ensin lämpöenergiaa. Ne alkavat liikkua nopeammin ja levittäytyä, jolloin molekyylien tiheys ruukun pohjalla on pienempi. Nämä molekyylit nousevat sitten ruukun yläosaan ja korvautuvat pohjassa viileämmällä, tiheämmällä vedellä. Prosessi toistuu, jolloin molekyylien virta vajoaa, kuumenee, nousee, jäähtyy ja vajoaa uudelleen.
kolmas lämmönsiirtolaji-säteily-on kriittinen elämälle maapallolla ja tärkeä vesistöjen lämmityksessä. Säteilyn avulla lämmönlähteen ei tarvitse koskettaa lämmitettävää kohdetta, vaan säteily voi siirtää lämpöä jopa avaruuden tyhjiön läpi. Lähes kaikki maapallon lämpöenergia on peräisin auringosta ja säteilee planeettamme pinnalle kulkien sähkömagneettisten aaltojen, kuten näkyvän valon, muodossa. Maan päällä olevat materiaalit imevät sitten nämä aallot energiaksi tai heijastavat ne takaisin avaruuteen.
energiamuunnoksessa energia muuttuu. Mäen huipulla istuvalla pallolla on gravitaatiopotentiaalienergiaa, joka on kappaleen potentiaali tehdä työtä johtuen sen sijainnista gravitaatiokentässä. Yleisesti ottaen mitä korkeammalla mäellä tämä pallo on, sitä enemmän sillä on gravitaatiopotentiaalienergiaa. Kun voima työntää sen alas mäkeä, potentiaalienergia muuttuu liike-energiaksi. Pallo jatkaa potentiaalienergian menettämistä ja liike-energian saamista, kunnes se saavuttaa mäen pohjan.
kitkattomassa maailmankaikkeudessa pallo pyörisi ikuisesti saavuttuaan pohjaan, koska sillä olisi vain kineettistä energiaa. Maassa pallo kuitenkin pysähtyy mäen pohjaan, koska kineettinen energia muuttuu lämmöksi kitkan vastavoiman vaikutuksesta. Aivan kuten energian siirroissa, energiaa säästyy myös muunnoksissa.
luonnossa tapahtuu jatkuvasti energian siirtoja ja muutoksia, kuten rannikon dyyniympäristössä.
kun lämpöenergia säteilee auringosta, se lämmittää sekä maata että merta, mutta vedellä on erityinen suuri lämpökapasiteetti, joten se lämpenee hitaammin kuin maa. Tämä lämpötilaero luo konvektiovirran, joka sitten ilmenee tuulena.
tällä Tuulella on liike-energiaa, jonka se voi siirtää rannan hiekkajyväsiksi kuljettamalla niitä lyhyen matkan päähän. Jos liikkuva hiekka osuu esteeseen, se pysähtyy kosketuksesta syntyvän kitkan vuoksi ja sen liike-energia muuttuu tämän jälkeen lämpöenergiaksi eli lämmöksi. Kun hiekkaa kertyy tarpeeksi ajan myötä, nämä törmäykset voivat synnyttää hiekkadyynejä ja mahdollisesti jopa kokonaisen dyynikentän.
nämä vastamuodostuneet hiekkadyynit tarjoavat ainutlaatuisen ympäristön kasveille ja eläimille. Kasvi voi kasvaa näissä dyyneissä käyttämällä auringosta säteilevää valoenergiaa veden ja hiilidioksidin muuttamiseen kemialliseksi energiaksi, joka varastoituu sokeriin. Kun eläin syö kasvia, se käyttää sokeriin varastoitunutta energiaa lämmittääkseen kehoaan ja liikkuakseen, muuttaen kemiallisen energian kineettiseksi ja lämpöenergiaksi.
vaikka se ei aina ole itsestään selvää, energian siirtoja ja muutoksia tapahtuu jatkuvasti kaikkialla ympärillämme, ja ne mahdollistavat tuntemamme elämän olemassaolon.