Energia

To, że energia jest tak ważną wielkością wynika z jednego podstawowego faktu – obowiązuje zasada zachowania energii.

Gdyby powyższa zasada nie obowiązywała, a więc gdyby energia zmieniała się bez istotnego powodu, to nie byłoby sensu uczyć się, ani wzoru na energię kinetyczną, ani na potencjalną, ani na żadną inną, bo i tak nie wiadomo byłoby czy w danym momencie ta wielkość jeszcze ma poprzednio znaną wartość.

Zasada zachowania energii jest jedną z zasad podstawowych w fizyce. Oznacza to, że ma ona zastosowanie do wszystkich działów fizyki, a także że sprawdza się z bardzo daleko posuniętą dokładnością (pewne odstępstwa na bardzo krótką chwilę czasu mogą wystąpić zjawiskach fizyki kwantowej i wynikają z zasady nieoznaczoności Heisenberga, ale to już "wyższa szkoła jazdy").

Energia całkowita

Energia całkowita, to po prostu energia zawierająca wszystkie możliwe jej postacie: kinetyczną, potencjalną ciężkości, potencjalną sprężystości, elektryczną, magnetyczną, chemiczną, jądrową, świetlną (właściwie to też jest forma energii pola elektromagnetycznego) itd....

E_całkowita = E_mechaniczna + E_grawitacyjna + E_{elektromagnetyczna} + E_jądrowa + ...

Zasada zachowania energii

Postarajmy się więc zrozumieć istotę tego fundamentalnego prawa przyrody. Oto jego treść podana (do wyboru) aż w 5 sformułowaniach:

Sformułowanie 1:
W dowolnym procesie całkowita energia układu izolowanego jest stała.

Sformułowanie 2:
Całkowita energia izolowanego układu jest taka sama przed, jak i po wystąpieniu przemian w tym układzie.

Sformułowanie 3:
Zmienić energię izolowanego układu można tylko poprzez dostarczenie jej z zewnątrz, lub w wyniku wyemitowania jej poza układ.

Sformułowanie 4:
Energia nie ginie, ani nie powstaje samorzutnie.

Sformułowanie 5 (wzorem):

E_{układu_izolowanego} = const,

lub

E_{całkowita_układu_izolowanego_końc} = E_{całkowita_układu_izolowanego_pocz},

lub

E_{postac1_k} + E_{postac2_k} + E_{postac3_k} + ... = E_{postac1_p} + E_{postac2_p} + E_{postac3_p} + ...

Układ izolowany

Układ izolowany, jest to taki układ (czyli zestaw ciał, obiektów), który nie kontaktuje się z innymi układami (obiektami). Prawdę mówiąc do obowiązywania zasady zachowania energii całkowita izolacja układu nie jest nawet konieczna. Wystarczy tylko, jeżeli tenże układ nie wymienia energii z otoczeniem.

Zasada zachowania energii całkowitej jest podobna do zasady zachowania energii mechanicznej. Różnica polega tylko na większym zakresie rozpatrywanych energii. W tym przypadku mówimy już nie tylko o energii kinetycznej i potencjalnej mechanicznej, ale także np. o energii jądrowej, chemicznej, czy elektrycznej.

Przypadki szczególne zasady zachowania energii

Zasada zachowania energii całkowitej jest zasadą podstawową. Po ograniczeniu dostępnych rodzajów energii do jakiegoś ograniczonego podzbioru dostajemy inne znane prawa fizyki, związane z konkretnymi działami fizyki i zjawiskami.

Energie brane pod uwagę

Nazwa szczegółowego prawa zachowania energii

Energia kinetyczna, potencjalna ciężkości, potencjalna sprężystości zasada zachowania energii mechanicznej

Ciepło bilans cieplny

Energia wewnętrzna, praca, ciepło I zasada termodynamiki

Energia kinetyczna, energia kwantu promieniowania elektromagnetycznego, praca wyjścia z metalu Wzór Einsteina na zjawisko fotoelektryczne

Energia kinetyczna cieczy, energia potencjalna ciężkości cieczy, praca objętościowa wykonana nad cieczą Równanie Bernoulliego